Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Как найти удельную теплоемкость воды: Удельная теплоемкость воды – определение, таблица при различных температурах

Содержание

таблицы при различных температуре и давлении

Приведены таблицы значений удельной теплоемкости воды H2O и водяного пара в зависимости от температуры и давления. В первой таблице дана удельная теплоемкость воды в жидком состоянии при нормальном атмосферном давлении и температуре от 0,1 до 100°С.

Во второй таблице значения теплоемкости указаны в интервале температуры от 0 до 800°С и давлении от 0,1 до 100 бар. Вода в этих условиях может находится в жидком или газообразном состоянии, поскольку с понижением давления и (или) с ростом температуры она переходит в пар.

Жидкая вода обладает значительной величиной массовой удельной теплоемкости, по сравнению с другими жидкостями. При атмосферном давлении и температуре до 100°С она находится в виде жидкости и ее теплоемкость изменяется в диапазоне от 4174 до 4220 Дж/(кг·град).

При температуре 20 градусов Цельсия и нормальном атмосферном давлении удельная теплоемкость воды равна 4183 Дж/(кг·град). При температуре 100°С эта величина достигает значения 4220 Дж/(кг·град).

Изменение давления и температуры воды существенно влияет на ее удельную теплоемкость. Зависимость теплоемкости воды от температуры при атмосферном давлении не линейна. При нагревании воды до 30°С теплоемкость уменьшается, затем в интервале температуры 30…40°С значение этой величины остается практически постоянным (следует отметить, что в этом диапазоне температуры вода обладает наименьшей теплоемкостью). При температуре выше 40°С ее удельная теплоемкость увеличивается и достигает своего максимума при температуре кипения.

Удельная теплоемкость воды при температуре 0,1…100°С
t, °С 0,1 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Cp, Дж/(кг·град) 4217 4191 4187 4183 4179 4174 4174 4174 4177 4181
t, °С 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Cp, Дж/(кг·град) 4182 4182 4185 4187 4191 4195 4202 4208 4214 4220

Если продолжить нагрев воды до перехода ее в пар, то тогда, при дальнейшем нагреве пара при атмосферном давлении, величина теплоемкости будет снижаться до некоторого предела, а затем снова начнет увеличиваться. Эта точка перегиба кривой теплоемкости определяется значениями соответствующих температуры и давления.

Как видно по данным в таблице, с повышением давления удельная теплоемкость воды уменьшается, но увеличивается также и температура кипения воды, например, при давлении в 100 бар (атмосфер) она находится в жидком состоянии даже при температуре 300°С. Удельная теплоемкость воды при этом составляет величину 5700 Дж/(кг·град). При продолжении нагрева воды, например до 320°С, она переходит в пар, который имеет большую теплоемкость.

Однако, при низких давлениях, вода начинает кипеть и переходит в пар при температурах гораздо ниже 100°С. Например, по данным таблицы, при давлении 0,1 бар и температуре 50°С, вода уже находится в виде водяного пара и его теплоемкость при этих условиях составляет величину, равную 1929 Дж/(кг·град).

Таблица значений удельной теплоемкости воды и водяного пара
↓ t, °С | P, бар → 0,1 1 10 20 40 60 80 100
0 4218 4217 4212 4207 4196 4186 4176 4165
50 1929 4181 4179 4176 4172 4167 4163 4158
100 1910 2038 4214 4211 4207 4202 4198 4194
120 1913 2007 4243 4240 4235 4230 4226 4221
140 1918 1984 4283 4280 4275 4269 4263 4258
160 1926 1977 4337 4334 4327 4320 4313 4307
180 1933 1974 2613 4403 4395 4386 4378 4370
200 1944 1975 2433 4494 4483 4472 4461 4450
220 1954 1979 2316 2939 4601 4586 4571 4557
240 1964 1985 2242 2674 4763 4741 4720 4700
260 1976 1993 2194 2505 3582 4964 4932 4902
280 1987 2001 2163 2395 3116 4514 5250 5200
300 1999 2010 2141 2321 2834 3679 5310 5700
320 2011 2021 2126 2268 2649 3217 4118 5790
340 2024 2032 2122 2239 2536 2943 3526 4412
350 2030 2038 2125 2235 2504 2861 3350 4043
360 2037 2044 2127 2231 2478 2793 3216 3769
365 2040 2048 2128 2227 2462 2759 3134 3655
370 2043 2050 2128 2222 2446 2725 3072 3546
375 2046 2053 2127 2218 2428 2690 3018 3446
380 2049 2056 2127 2212 2412 2657 2964 3356
385 2052 2059 2126 2207 2396 2627 2913 3274
390 2056 2061 2125 2202 2381 2600 2867 3201
395 2059 2065 2125 2200 2369 2575 2826 3137
400 2062 2068 2126 2197 2358 2553 2789 3078
405 2066 2071 2127 2195 2349 2534 2756 3025
410 2069 2074 2128 2193 2340 2517 2727 2979
415 2072 2077 2129 2192 2334 2501 2700 2936
420 2076 2080 2131 2192 2327 2487 2675 2898
425 2079 2083 2132 2190 2321 2474 2653 2863
430 2082 2086 2134 2190 2316 2462 2632 2830
440 2089 2093 2138 2190 2307 2441 2596 2773
450 2095 2099 2141 2191 2300 2424 2565 2726
460 2102 2106 2146 2192 2294 2409 2538 2684
480 2116 2119 2154 2196 2286 2385 2496 2618
500 2129 2132 2164 2201 2281 2368 2464 2569
520 2142 2146 2175 2208 2280 2357 2441 2531
540 2156 2159 2185 2216 2280 2349 2423 2502
560 2170 2173 2197 2226 2285 2349 2416 2487
580 2184 2187 2208 2233 2285 2342 2401 2465
600 2198 2200 2219 2240 2287 2336 2389 2445
620 2212 2213 2230 2250 2291 2334 2381 2431
640 2226 2227 2243 2260 2298 2337 2379 2423
660 2240 2241 2256 2272 2307 2343 2381 2421
680 2254 2255 2270 2286 2317 2352 2388 2424
700 2268 2270 2283 2299 2330 2362 2398 2429
800 2339 2341 2352 2364 2389 2414 2440 2465

Примечание: В таблице синим цветом показаны значения удельной массовой теплоемкости воды в жидком состоянии, а черным – значения теплоемкости водяного пара.

Источники:

  1. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.
  2. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей

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:&nbsp&nbsp&nbspЭнергия топлива: удельная теплота сгорания + ПРИМЕРЫ

Как найти удельную теплоемкость

Количество теплоты, необходимое для нагрева тела, зависит от его массы, от изменения его температуры и от так называемой удельной теплоемкости вещества, из которого состоит тело.

Удельной теплоемкостью вещества называется количество теплоты, необходимое для нагревания или охлаждения 1 кг вещества на 1 Кельвин. 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 вещества находится по формуле:
C = Q/m(T_2-T_1)
Единица удельной теплоемкости имеет размерность в системе СИ – (Дж/кг*К).

Удельная теплоемкость тела определяется опытным путем при помощи калориметра и термометра. Простейший калориметр состоит из отполированного металлического стакана, поставленного внутри другого металлического стакана на пробках (с целью тепловой изоляции) и наполненного водой или другой жидкостью с известной удельной теплоемкостью. Тело (твердое, или жидкое), нагретое до определенной температуры t, опускают в калориметр, температура в котором измеряется. Пусть до опускания испытываемого тела температура жидкости в калориметре была равна t_1, а после того, как температура воды (жидкости) и опущенного в нее тела сравняются, она станет равной ?.

Из закона сохранения энергии следует, что теплота Q, отданная нагретым телом, равна сумме теплоты Q_1, полученной водой, и Q_2, полученной калориметром:
Q=Q_1+Q_2
Q=cm(t- ?),Q_1=c_1 m_1 (?-t_1),Q_2=c_2 m_2(?-t_1)
cm(t- ?)= c_1 m_1 (?-t_1)+ c_2 m_2(?-t_1)
здесьc_1иm_1 — удельная теплоемкость и масса воды в калориметре, c_2иm_2 — удельная теплоемкость и масса материала калориметра.
Это уравнение, выражающее баланс тепловой энергии, называется уравнением теплового баланса. Из него найдем
c=(Q_1+Q_2)/m(t- ?) =( c_1 m_1 (?-t_1)+ c_2 m_2(?-t_1))/m(t- ?) = (c_1 m_1+c_2 m_2)( ?- t_1)/m(t- ?)

Количество теплоты, удельная теплоемкость

От чего зависит количество теплоты

Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы или теплопередаче. При явлении теплопередачи внутренняя энергия передается теплопроводностью, конвекцией или излучением.

Каждое тело при нагревании или охлаждении (при теплопередаче) получает или теряет какое-то количество энергии. Исходя из этого, принято это количество энергии назвать количеством теплоты.

Итак, количество теплоты — это та энергия, которую отдает или получает тело в процессе теплопередачи.

Какое количество теплоты необходимо для нагревания воды? На простом примере можно понять, что для нагревания разного количества воды потребуется разное количество теплоты. Допустим, возьмем две пробирки с 1 литром воды и с 2-мя литрами воды. В каком случае потребуется большее количество теплоты? Во втором, там, где в пробирке 2 литра воды. Вторая пробирка будет нагреваться дольше, если мы подогреваем их одинаковым источником огня.

Таким образом, количество теплоты зависит от массы тела. Чем больше масса, тем большее количество теплоты требуется для нагрева и, соответственно, на охлаждение тела требуется большее время.

От чего еще зависит количество теплоты? Естественно, от разности температур тел. Но это еще не все. Ведь если мы попытаемся нагреть воду или молоко, то нам потребуется разное количество времени. Т.е получается, что количество теплоты зависит от вещества, из которого состоит тело.

В итоге получается, что количество теплоты, которое нужно для нагревания или количество теплоты, которое выделяется при остывании тела, зависит от его массы, от изменения температуры и от вида вещества, из которого состоит тело.

В чем измеряется количество теплоты

За единицу количества теплоты принято считать 1 Джоуль. До появления единицы измерения энергии ученые считали количество теплоты калориями. Сокращенно эту единицу измерения принято писать — “Дж”

Калория — это количество теплоты, которое необходимо для того, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус Цельсия. Сокращенно единицу измерения калории принято писать — “кал”.

1 кал = 4,19 Дж.

Обратите внимание, что в этих единицах энергии принято отмечать пищевую ценность продуктов питания кДж и ккал.

1 ккал = 1000 кал.

1 кДж = 1000 Дж

1 ккал = 4190 Дж = 4,19 кДж

Что такое удельная теплоемкость

Каждое вещество в природе имеет свои свойства, и для нагрева каждого отдельного вещества требуется разное количество энергии, т.е. количества теплоты.

Удельная теплоемкость вещества — это величина, равная количеству теплоты, которое нужно передать телу с массой 1 килограмм, чтобы нагреть его на температуру 1 0C

Удельная теплоемкость обозначается буквой c и имеет величину измерения Дж/кг*

Например, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг*0C.   То есть это то количество теплоты, которое нужно передать 1 кг воды, чтобы нагреть ее на 1 0C

Следует помнить, что удельная теплоемкость веществ в разных агрегатных состояниях различна. То есть для нагревания льда на 1 0C потребуется другое количество теплоты.

Как рассчитать количество теплоты для нагревания тела

Например, необходимо рассчитать количество теплоты, которое нужно потратить для того, чтобы нагреть 3 кг воды с температуры 15 0С до температуры 85 0С. Нам известна удельная теплоемкость воды, то есть количество энергии, которое нужно для того, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 градус. То есть для того, чтобы узнать количество теплоты в нашем случае, нужно умножить удельную теплоемкость воды на 3 и на то количество градусов, на которое нужно увеличить температуры воды. Итак, это 4200*3*(85-15) = 882 000.

В скобках мы рассчитываем точное количество градусов, отнимая от конечного необходимого результата начальное

Итак, для того, чтобы нагреть 3 кг воды с 15 до 85 0С, нам потребуется 882 000 Дж количества теплоты.

Количество  теплоты обозначается буквой Q, формула для его расчета выглядит следующим образом:

Q=c*m*(t2-t1).

Разбор и решение задач

 

Задача 1. Какое количество теплоты потребуется для нагрева 0,5 кг воды с 20 до 50 0С

Дано:

m = 0,5 кг.,

с = 4200 Дж/кг*0С,

t1 = 20 0С,

t2 = 50 0С.

Величину удельной теплоемкость мы определили из таблицы.

Решение:

количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t2-t1).

Подставляем значения:

Q=4200*0,5*(50-20) = 63 000 Дж = 63 кДж.

Ответ: Q=63 кДж.

Задача 2. Какое количество теплоты потребуется для нагревания алюминиевого бруска массой 0,5 кг на 85 0С?

Дано:

m = 0,5 кг.,

с = 920 Дж/кг*0С,

t1 = 0 0С,

t2 = 85 0С.

Решение:

количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t2-t1).

Подставляем значения:

Q=920*0,5*(85-0) = 39 100 Дж = 39,1 кДж.

Ответ: Q= 39,1 кДж.

Удельная теплоемкость воды: характеристики и значение

Один из фундаментальных аспектов, используемых как в физике, так и в химии, — теплоемкость. В частности, удельная теплоемкость воды он крайне необходим практически в любом типе экспериментов. Первое, что нужно сделать, — это узнать, что такое удельная теплоемкость, и знать, как важно знать это значение в воде.

Поэтому мы собираемся посвятить эту статью тому, чтобы рассказать вам все, что вам нужно знать об удельной теплоте воды и ее важности.

Что такое удельная теплоемкость

Для повышения температуры вещества требуется определенное количество энергии. Это количество энергии необходимо отдавать в виде тепла. Это то, что известно как удельная теплоемкость. Другое название, под которым он известен, — это удельная теплоемкость. Именно это значение позволяет нам объяснить, почему деревянную ложку можно нагревать медленнее и быстрее, чем мысленную. Это также объясняет причину, по которой мы используем определенные материалы, чтобы иметь возможность создавать некоторые инструменты и утварь в соответствии с предназначением.

При этом мы определяем в физике удельную теплоемкость количество энергии, которое должно быть передано единице массы вещества, чтобы повысить его температуру на один градус. В качестве примера почти всегда используется удельная теплоемкость воды. То есть количество энергии, необходимое для того, чтобы нагреть воду на один градус ее температуры. Мы знаем, что если 4182 джоуля энергии передать килограмму воды комнатной температуры, это количество воды повысит ее температуру на один градус. Отсюда мы можем получить значение, что удельная теплоемкость воды равна 4182 джоуля на килограмм и градус.

Единицы удельной теплоемкости воды

Мы знаем, что теплоемкость воды может быть выражена в разных единицах. Как правило Единицы энергии, массы и температуры должны быть отражены в сумме. В международной системе единиц измерения: джоуль на килограмм — это масса, а кельвин — это температура. В других материалах это значение отличается, поскольку удельная теплоемкость воды используется в качестве основы или эталона для остальных значений. Например, удельная теплоемкость стали составляет 502 джоуля на килограмм и кельвин. Это означает, что на килограмм стали потребуется 502 джоуля энергии, чтобы повысить ее температуру на один градус Кельвина.

Другой способ выразить удельную теплоемкость воды или другого материала — в других единицах измерения. Например, вы можете установить количество калорий на грамм и градусы Цельсия. Повторяем пример со сталью. В этом случае удельная теплоемкость составит 0.12 калорий на грамм и градус Цельсия. Это означает, что 0.12 калории энергии требуется в виде тепла для повышения температуры на один градус грамма стали.

ключевые особенности

Прежде чем полностью ввести удельную теплоемкость воды, необходимо хорошо знать ее характеристики. Это интенсивное физическое свойство, не зависящее от количества вещества. Это означает, что независимо от количества вещества, которое у нас есть, для повышения его температуры требуется одна и та же энергия. С другой стороны, удельная теплоемкость может варьироваться при разных температурах. Это означает, что количество энергии, которое нам нужно передать, чтобы иметь возможность поднять температуру на один градус, не совпадает с количеством энергии, которое необходимо передать при комнатной температуре, которая составляет 100 или 0 градусов. Лучшим примером этого является температурная зависимость теплоемкости воды. Мы видим, что при разных температурах удельная теплоемкость воды меняется.

Можно сказать, что это свойство веществ и что это связано с количеством энергии, необходимой для повышения его температуры. Еще одна из наиболее важных характеристик воды — это ее высокая удельная теплоемкость. Это означает, что для повышения температуры воды им необходимо поглощать много тепла на единицу массы.

Удельная теплоемкость воды различается в зависимости от того, поддерживается ли постоянным объем или давление. Эти переменные также устанавливают другие значения в зависимости от этих условий. Когда мы говорим об объеме вещества, мы имеем в виду изохорная теплоемкость. С другой стороны, если мы говорим о постоянном давлении, мы указываем на изобарическую теплоемкость. Если обратиться к практике, это различие проявляется в основном при работе с газами, а не с жидкостями.

Важность теплоемкости воды

Мы знаем, что в стандартных условиях для килограмма воды требуется 1 килокалория, чтобы ее температура повысилась на 1 ° C, то есть 1 ккал / ° C • кг, что эквивалентно 4184 Дж / (K • кг) в международной системе. Мы знаем, что эта удельная теплоемкость выше, чем у любого другого обычного вещества. Если летом поставить таз с водой на солнце, он может нагреться и согреться. Тем не мение, Температура не повысится настолько, чтобы можно было варить или варить в нем яйца. С другой стороны, если мы поместим металлический стержень, скорее всего, вы не сможете его взять, поскольку его температура будет настолько высокой, что он загорится.

Удельная теплоемкость воды обусловлена ​​водородными связями, из которых состоят молекулы воды. Это настолько сильное взаимодействие между молекулами, что для их вибрации и повышения температуры требуется много энергии. Водородные связи очень сильны, и для их движения требуется энергия. Следовательно, поддержание кипения воды требует непрерывной подачи энергии.

Значение, которое он имеет, также передается в метеорологии. Тот факт, что вода обладает такой высокой годовой теплоемкостью, является любопытным фактом, если не важное свойство, которое помогает регулировать погоду и климат в целом. Имея такую ​​высокую удельную теплоемкость, мы знаем, что большие водоемы ответственны за регулирование экстремальных колебаний температуры по всей планете. В противном случае климат, вероятно, не имел бы тех характеристик, которые мы знаем сегодня.

Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать об удельной теплоемкости воды и ее важности.

Теплоемкость стали

Ромашкин А.Н.

Удельная теплоёмкость — это количество тепла, которое требуется затратить, чтобы нагреть 1 килограмм вещества на 1 градус по шкале Кельвина (или Цельсия).

Физическая размерность удельной теплоемкости: Дж/(кг·К) = Дж·кг-1·К-1 = м2·с-2·К-1.

В таблице приводятся в порядке возрастания значения удельной теплоемкости различных веществ, сплавов, растворов, смесей. Ссылки на источник данный приведены после таблицы.

При пользовании таблицей 1 следует учитывать приближенный характер данных. Для всех веществ удельная теплоемкость зависит от температуры и агрегатного состояния. У сложных объектов (смесей, композитных материалов, продуктов питания) удельная теплоемкость может значительно варьироваться для разных образцов.

Таблица 1. Теплоемкость чистых веществ

Вещество Агрегатное
состояние 
Удельная
теплоемкость,
Дж/(кг·К)
Золото  твердое 129 
Свинец твердое 130 
Иридий твердое 134 
Вольфрам твердое  134 
Платина твердое 134 
Ртуть жидкое  139 
Олово твердое 218
Серебро твердое 234 
Цинк твердое 380 
Латунь  твердое  380
Медь твердое  385 
Константан твердое 410 
Железо  твердое 444 
Сталь твердое 460
Высоколегированная сталь твердое 480 
Чугун твердое 500
Никель твердое 500 
Алмаз  твердое 502
Флинт (стекло) твердое 503 
Кронглас (стекло) твердое 670 
Кварцевое стекло твердое 703
Сера ромбическая  твердое 710
Кварц  твердое 750
Гранит твердое 770 
Фарфор твердое 800 
Цемент твердое 800 
Кальцит  твердое 800
Базальт твердое 820 
Песок твердое 835 
Графит твердое 840 
Кирпич твердое 840 
Оконное стекло твердое 840 
Асбест твердое  840 
Кокс (0…100 °С) твердое 840 
Известь твердое 840 
Волокно минеральное твердое 840
Земля (сухая) твердое 840 
Мрамор твердое 840 
Соль поваренная  твердое 880 
Слюда  твердое 880 
Нефть жидкое 880
Глина  твердое 900 
Соль каменная  твердое 920
Асфальт твердое 920 
Кислород  газообразное 920 
Алюминий  твердое 930
Трихлорэтилен  жидкое 930 
Абсоцемент  твердое  960
Силикатный кирпич твердое 1000 
Полихлорвинил твердое 1000 
Хлороформ жидкое 1000
Воздух (сухой)  газообразное 1005 
Азот газообразное 1042 
Гипс  твердое  1090 
Бетон твердое 1130
Сахар-песок   1250 
Хлопок  твердое 1300 
Каменный уголь  твердое 1300
Бумага (сухая) твердое  1340
Серная кислота (100%) жидкое 1340
Сухой лед (твердый CO2) твердое 1380
Полистирол твердое 1380 
Полиуретан  твердое 1380
Резина (твердая) твердое 1420
Бензол жидкое 1420
Текстолит  твердое 1470
Солидол  твердое  1470
Целлюлоза  твердое 1500 
Кожа твердое 1510 
Бакелит твердое 1590 
Шерсть твердое 1700 
Машинное масло жидкое  1670 
Пробка твердое 1680 
Толуол твердое 1720 
Винилпласт  твердое

1760 

Скипидар жидкое 1800 
Бериллий твердое 1824 
Керосин бытовой жидкое 1880
Пластмасса  твердое 1900
Соляная кислота (17%) жидкое 1930
Земля (влажная) твердое 2000
Вода (пар при 100 °C) газообразное  2020 
Бензин жидкое 2050 
Вода (лед при 0 °C)  твердое  2060 
Сгущенное молоко    2061
Деготь каменноугольный жидкое 2090
Ацетон  жидкое 2160 
Сало   2175
Парафин  жидкое 2200 
Древесноволокнистая плита твердое 2300 
Этиленгликоль  жидкое 2300 
Этанол (спирт)  жидкое 2390 
Дерево (дуб) твердое 2400 
Глицерин жидкое 2430
Метиловый спирт жидкое 2470 
Говядина жирная    2510
Патока   2650
Масло сливочное    2680
Дерево (пихта) твердое  2700
Свинина, баранина   2845
Печень   3010
Азотная кислота (100%) жидкое 3100
Яичный белок (куриный)   3140
Сыр    3140
Говядина постная   3220
Мясо птицы    3300
Картофель   3430
Тело человека   3470
Сметана   3550
Литий  твердое 3582 
Яблоки   3600
Колбаса   3600
Рыба постная   3600 
Апельсины, лимоны   3670
Сусло пивное  жидкое  3927 
Вода морская (6% соли) жидкое 3780 
Грибы    3900
Вода морская (3% соли)  жидкое 3930
Вода морская (0,5% соли) жидкое 4100 
Вода  жидкое 4183 
Нашатырный спирт  жидкое 4730 
Столярный клей  жидкое 4190
Гелий  газообразное 5190 
Водород  газообразное  14300 

Источники:

  • ru.wikipedia.org — Википедия: Удельная теплоемкость;
  • alhimik.ru — средняя удельная теплоемкость некоторых твердых материалов при 0…100 °С, кДж/(кг·К) по данным пособия «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» под ред. Романкова;
  • school.uni-altai.ru — табличные значения наиболее распространенных жидкостей;
  • school.uni-altai.ru — табличные значения наиболее распространенных твердых тел;
  • dink.ru — удельная теплоемкость при 20 °С;
  • mensh.ru — теплоаккумулирующая способность материалов;
  • vactekh-holod.ru — удельная теплоемкость твердых веществ и некоторых жидкостей;
  • xiron.ru — данные по теплоемкости пищевых продуктов;
  • aircon.ru — теплоемкость всяких разных [пищевых] продуктов;
  • masters.donntu.edu.ua — теплоемкость углей;
  • nglib.ru — средняя удельная теплоемкость твердых тел при комнатной температуре — таблица в книге С.Д. Бескова «Технохимические расчеты»  в электронной библиотеке «Нефть и газ» (требуется регистрация). Это наиболее подробный из доступных в интернете справочников.

 

Таблица 2. Удельная теплоемкость углеродистых сталей марок Сталь 20 и Сталь 40 при высоких температурах (Дж/(кг∙ºC)) От 50 ºC до заданной температуры

Температура, ºC Сталь 20 Сталь 40
100 486 486
150 494 494
200 499 503
250 507 511
300 515 520
350 524 528
400 532 541
450 545 549
500 557 561
550 570 574
600 582 591
650 595 608
700 608 629
750 679 670
800 675 704
850 662 704
900 658 704
950 654 700
1000 654 696
1050 654 691
1100 649 691
1150 649 691
1200 649 687
1250 654 687
1300 654 687

 

Источник:
Теплофизические свойства веществ, Справочник. Под ред. Н.Б.Варгафтика. Ленинград: Государственное энергетическое издательство. 1956 — 367 с.

Удельная теплоемкость вещества — формулы, определение, обозначение

Нагревание и охлаждение

Эти два процесса знакомы каждому. Вот нам захотелось чайку, и мы ставим чайник, чтобы нагреть воду. Или ставим газировку в холодильник, чтобы охладить.

Логично предположить, что нагревание — это увеличение температуры, а охлаждение — ее уменьшение. Все, процесс понятен, едем дальше.

Но не тут-то было: температура меняется не «с потолка». Все завязано на таком понятии, как количество теплоты. При нагревании тело получает количество теплоты, а при нагревании — отдает.

  • Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

Виу-виу-виу! Внимание!

Обнаружено новое непонятное слово — теплопередача.
Минуточку, давайте закончим с количеством теплоты.

В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:

Нагревание

Q = cm(tконечная — tначальная)

Охлаждение

Q = cm(tначальная — tконечная)

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

m — масса [кг]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует и изменение температуры, о котором мы сказали выше, и удельная теплоемкость, речь о которой пойдет дальше.

А вот теперь поговорим о видах теплопередачи.

Виды теплопередачи

  • Теплопередача — это физический процесс передачи тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому.

Здесь все совсем несложно, их всего три: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Тот вид теплопередачи, который можно охарактеризовать, как способность тел проводить энергию от более нагретого тела к менее нагретому.

Речь о том, чтобы передать тепло с помощью соприкосновения. Признавайтесь, грелись же когда-нибудь возле батареи. Если вы сидели к ней вплотную, то согрелись вы благодаря теплопроводности. Обниматься с котиком, у которого горячее пузо, тоже эффективно.

Порой мы немного перебарщиваем с возможностями этого эффекта, когда на пляже ложимся на горячий песок. Эффект есть, только не очень приятный. Ну а ледяная грелка на лбу дает обратный эффект — ваш лоб отдает тепло грелке.

Конвекция

Когда мы говорили о теплопроводности, мы приводили в пример батарею. Теплопроводность — это когда мы получаем тепло, прикоснувшись к батарее. Но все вещи в комнате к батарее не прикасаются, а комната греется. Здесь вступает конвекция.

Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный просто плотнее). Когда батарея нагревает некий объем воздуха, он тут же поднимается наверх, проходит вдоль потолка, успевает остыть и спуститься обратно вниз — к батарее, где снова нагревается. Таким образом, вся комната равномерно прогревается, потому что все более горячие потоки сменяют все менее холодные.

Излучение

Пляж мы уже упоминали, но речь шла только о горячем песочке. А вот тепло от солнышка — это излучение. В этом случае тепло передается через волны.

Если мы греемся у камина, то получаем тепло конвекцией или излучением?🤔

Обоими способами. То тепло, которое мы ощущаем непосредственно от камина (когда лицу горячо, если вы расположились слишком близко к камину) — это излучение. А вот прогревание комнаты в целом — это конвекция.

Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета

Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:

Нагревание

Q = cm(tконечная — tначальная)

Охлаждение

Q = cm(tначальная — tконечная)

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

m — масса [кг]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.

С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:

Удельная теплоемкость вещества

c= Q/m(tконечная — tначальная)

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

m — масса [кг]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:

Удельная теплоемкость вещества

c= C/m

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

C — теплоемкость вещества [Дж/˚C]

m — масса [кг]

Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела

Q = C(tконечная — tначальная)

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

m — масса [кг]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

Таблица удельных теплоемкостей

Удельная теплоемкость — табличная величина. Часто ее указывают в условии задачи, но при отсутствии в условии — можно и нужно воспользоваться таблицей. Ниже приведена таблица удельных теплоемкостей для некоторых (многих) веществ.

Газы

C, Дж/(кг·К)

Азот N2

1051

Аммиак Nh4

2244

Аргон Ar

523

Ацетилен C2h3

1683

Водород h3

14270

Воздух

1005

Гелий He

5296

Кислород O2

913

Криптон Kr

251

Ксенон Xe

159

Метан Ch5

2483

Неон Ne

1038

Оксид азота N2O

913

Оксид азота NO

976

Оксид серы SO2

625

Оксид углерода CO

1043

Пропан C3H8

1863

Сероводород h3S

1026

Углекислый газ CO2

837

Хлор Cl

520

Этан C2H6

1729

Этилен C2h5

1528

Металлы и сплавы

C, Дж/(кг·К)

Алюминий Al

897

Бронза алюминиевая

420

Бронза оловянистая

380

Вольфрам W

134

Дюралюминий

880

Железо Fe

452

Золото Au

129

Константан

410

Латунь

378

Манганин

420

Медь Cu

383

Никель Ni

443

Нихром

460

Олово Sn

228

Платина Pt

133

Ртуть Hg

139

Свинец Pb

128

Серебро Ag

235

Сталь стержневая арматурная

482

Сталь углеродистая

468

Сталь хромистая

460

Титан Ti

520

Уран U

116

Цинк Zn

385

Чугун белый

540

Чугун серый

470

Жидкости

Cp, Дж/(кг·К)

Азотная кислота (100%-ная) Nh4

1720

Бензин

2090

Вода

4182

Вода морская

3936

Водный раствор хлорида натрия (25%-ный)

3300

Глицерин

2430

Керосин

2085…2220

Масло подсолнечное рафинированное

1775

Молоко

3906

Нефть

2100

Парафин жидкий (при 50С)

3000

Серная кислота (100%-ная) h3SO4

1380

Скипидар

1800

Спирт метиловый (метанол)

2470

Спирт этиловый (этанол)

2470

Топливо дизельное (солярка)

2010

Задача

Какое твердое вещество массой 2 кг можно нагреть на 10 ˚C, сообщив ему количество теплоты, равное 7560 Дж?

Решение:

Используем формулу для нахождения удельной теплоемкости вещества:

c= Q/m(tконечная — tначальная)

Подставим значения из условия задачи:

c= 7560/2*10 = 7560/20 = 378 Дж/кг*˚C

Смотрим в таблицу удельных теплоемкостей для металлов и находим нужное значение.

Металлы и сплавы

C, Дж/(кг·К)

Алюминий Al

897

Бронза алюминиевая

420

Бронза оловянистая

380

Вольфрам W

134

Дюралюминий

880

Железо Fe

452

Золото Au

129

Константан

410

Латунь

378

Манганин

420

Медь Cu

383

Никель Ni

443

Нихром

460

Олово Sn

228

Платина Pt

133

Ртуть Hg

139

Свинец Pb

128

Серебро Ag

235

Сталь стержневая арматурная

482

Сталь углеродистая

468

Сталь хромистая

460

Титан Ti

520

Уран U

116

Цинк Zn

385

Чугун белый

540

Чугун серый

470

Ответ: латунь

Калькулятор удельной теплоемкости

Этот калькулятор удельной теплоемкости представляет собой инструмент, который определяет теплоемкость нагретого или охлажденного образца. Удельная теплоемкость — это количество тепловой энергии, которое необходимо подать на образец весом 1 кг, чтобы повысить его температуру на 1 K . Прочтите, чтобы узнать, как правильно применить формулу теплоемкости для получения достоверного результата.

Как рассчитать удельную теплоемкость

  1. Определите, хотите ли вы нагреть образец (дать ему немного тепловой энергии) или охладить (отобрать немного тепловой энергии).
  2. Укажите количество подаваемой энергии как положительное значение. Если вы хотите охладить образец, введите вычтенную энергию как отрицательное значение. Например, предположим, что мы хотим уменьшить тепловую энергию образца на 63 000 Дж. Тогда Q = -63 000 Дж .
  3. Определите разницу температур между начальным и конечным состоянием образца и введите ее в калькулятор теплоемкости. Если образец остынет, разница будет отрицательной, а если нагретой — положительной.Допустим, мы хотим охладить образец на 3 градуса. Тогда ΔT = -3 K . Вы также можете перейти в расширенный режим , чтобы ввести начальное и конечное значения температуры вручную.
  4. Определите массу образца. Примем м = 5 кг .
  5. Рассчитайте удельную теплоемкость как c = Q / (мΔT) . В нашем примере это будет равно c = -63,000 Дж / (5 кг * -3 K) = 4200 Дж / (кг · K) . Это типичная теплоемкость воды.

Если у вас возникли проблемы с единицами измерения, воспользуйтесь нашими калькуляторами преобразования температуры или веса.

Формула теплоемкости

Формула для определения теплоемкости выглядит так:

c = Q / (мΔT)

Q — количество подводимого или отведенного тепла (в джоулях), м — масса образца, а ΔT — разница между начальной и конечной температурами. Теплоемкость измеряется в Дж / (кг · К).

Типичные значения удельной теплоемкости

Вам не нужно использовать калькулятор теплоемкости для большинства обычных веществ.Ниже приведены значения удельной теплоемкости некоторых из самых популярных.

  • лед: 2,100 Дж / (кг · К)
  • вода: 4,200 Дж / (кг · К)
  • водяной пар: 2,000 Дж / (кг · К)
  • базальт: 840 Дж / (кг · К)
  • гранит: 790 Дж / (кг · К)
  • алюминий: 890 Дж / (кг · К)
  • железо: 450 Дж / (кг · К)
  • медь: 380 Дж / (кг · К)
  • свинец: 130 Дж / (кг · К)

Имея эту информацию, вы также можете рассчитать, сколько энергии вам нужно подать на образец, чтобы повысить или понизить его температуру.Например, вы можете проверить, сколько тепла вам нужно, чтобы довести до кипения воду, чтобы приготовить пасту.

Хотите знать, что на самом деле означает результат? Воспользуйтесь нашим калькулятором потенциальной энергии, чтобы проверить, насколько высоко вы поднимете образец с таким количеством энергии. Или проверьте, насколько быстро может двигаться образец, с помощью этого калькулятора кинетической энергии.

Что такое удельная теплоемкость при постоянном объеме?

Удельная теплоемкость — это количество тепла или энергии, необходимое для изменения одной единицы массы вещества постоянного объема на 1 ° C .Формула: Cv = Q / (ΔT ⨉ m) .

Какова формула удельной теплоемкости?

Формула для удельной теплоемкости C вещества с массой м равна C = Q / (м ⨉ ΔT) . Где Q — добавленная энергия, а ΔT — изменение температуры. Удельная теплоемкость во время различных процессов, таких как постоянный объем Cv и постоянное давление Cp , связаны друг с другом отношением удельной теплоемкости ɣ = Cp / Cv или газовой постоянной R = ЦП - ЦВ .

В каких единицах указывается удельная теплоемкость?

Удельная теплоемкость измеряется в Дж / кг K или Дж / кг C , поскольку это тепло или энергия, необходимая во время процесса постоянного объема для изменения температуры вещества с единичной массой на 1 ° C или 1 ° K. .

Какое значение удельной теплоемкости воды?

Удельная теплоемкость воды составляет 4179 Дж / кг K , количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 градус Кельвина.

Какие британские единицы измерения удельной теплоемкости?

Удельная теплоемкость измеряется в БТЕ / фунт ° F в британских единицах и в Дж / кг K в единицах СИ.

Какова удельная теплоемкость меди?

Удельная теплоемкость меди 385 Дж / кг K . Вы можете использовать это значение для оценки энергии, необходимой для нагрева 100 г меди на 5 ° C, то есть Q = m x Cp x ΔT = 0,1 * 385 * 5 = 192,5 Дж.

Какова удельная теплоемкость алюминия?

Удельная теплоемкость алюминия 897 Дж / кг K .Это значение почти в 2,3 раза больше теплоемкости меди. Вы можете использовать это значение для оценки энергии, необходимой для нагрева 500 г алюминия на 5 ° C, то есть Q = m x Cp x ΔT = 0,5 * 897 * 5 = 2242,5 Дж.

Какова удельная теплоемкость воды? Как это особенное?

Если вы когда-нибудь гуляли по пляжу в солнечный день и окунали пальцы ног в воду, чтобы охладить их после горячего песка, вы воспользовались удельной теплотой воды.

Как бы это ни звучало, удельная теплоемкость не относится к точной температуре чего-либо.Это более широкая научная концепция, связанная с энергией, необходимой для нагрева вещества. Как вы могли заметить из примера, не все вещества нагреваются с одинаковой скоростью — отсюда разные температуры песка и воды.

Удельная теплоемкость воды — одна из самых интересных ее характеристик. В этой статье мы расскажем, что такое удельная теплоемкость, какое уравнение вы используете, чтобы найти удельную теплоемкость, и почему удельная теплоемкость воды такая высокая.

Плита, кастрюля, вода и пар имеют разную удельную теплоемкость.

Что такое удельная теплоемкость?

Удельная теплоемкость — это мера теплоемкости или того, сколько тепла может хранить материал при изменении температуры. Высокая теплоемкость означает, что вещество может поглощать много тепла, прежде чем регистрировать изменение температуры — подумайте о том, сколько времени требуется, чтобы кастрюля нагрелась на ощупь на плите, по сравнению с тем, как долго вода внутри тепло. Это означает, что вода имеет более высокую теплоемкость — она ​​может накапливать больше тепла до того, как изменится температура.

Удельная теплоемкость означает точное количество тепла, необходимое для того, чтобы сделать одну единицу массы вещества на один градус теплее. Возвращаясь к нашему примеру, удельная теплоемкость будет точно определять, сколько тепла требуется, чтобы сделать одну единицу воды, например, одну чашку, на один градус теплее.

Поскольку тепло на самом деле является мерой передачи энергии, точнее будет сказать, что удельная теплоемкость на самом деле представляет собой указание того, сколько энергии вещество может поглотить до изменения температуры на один градус.

Удельная теплоемкость обычно измеряется в Джоулях и килоджоулях на один грамм массы, а градус Цельсия является мерой температуры. Можно использовать килограммы и градусы Фаренгейта, но они встречаются реже.

На удельную теплоемкость вещества могут влиять температура и давление, поэтому теплоемкость обычно определяется при постоянных температуре и давлении, обычно 25 градусов Цельсия.

Что такое уравнение для удельной теплоемкости?

Уравнение для расчета теплоемкости:

$$ Q = s × m × ΔT $$

$ Q $ представляет количество тепла, $ s $ — удельную теплоемкость ($ {\ Joules} / {\ gram * ° \ Celsius} $), m — массу вещества в граммах, а $ ΔT $ — наблюдаемое изменение по температуре.

Различные виды воды, например морская, могут иметь разную удельную теплоемкость.

Какова удельная теплоемкость воды?

Некоторые вещества нагреваются быстро, а другие — медленно. Вода — одна из последних — она ​​имеет высокую удельную теплоемкость, потому что для повышения температуры требуется больше энергии.

Вода имеет удельную теплоемкость 4182 Дж / кг ° C. Поскольку вода является таким важным и распространенным веществом, у нас даже есть особый способ определить количество энергии, необходимое для того, чтобы поднять один грамм воды на один градус Цельсия — калорийность.Это отличается от калорий, о которых мы говорим в пище. Такая калория эквивалентна 1000 калорий, поэтому калории, связанные с едой, также иногда называют килокалориями или ккал.

Удельная теплоемкость воды немного выше, чем у многих других обычных веществ. Например, удельная теплоемкость железа составляет 449 Дж / кг ° C, песка 830 Дж / кг ° C и древесины дуба 2400 Дж / кг ° C.

Это потому, что вода, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода, электроотрицательна.Электроотрицательный атом с большей вероятностью притянет к себе электроны, потому что одна сторона атома будет иметь частично положительный заряд, а другая — частично отрицательный. Противоположно заряженные стороны естественно притягиваются друг к другу, образуя более слабую водородную связь. Вот почему вода может течь мимо самой себя, но также и связываться друг с другом — она ​​постоянно образует и разрывает эти связи.

Эти связи также объясняют высокую удельную теплоемкость жидкой воды. Любая энергия, направляемая на нагрев воды, распределяется между разрывом связей и нагревом воды.Из-за этого для нагрева воды требуется больше энергии, чем для других веществ.

Например, если вы находитесь на пляже в солнечный день, вы заметите, что песок часто бывает довольно горячим, но вода всегда кажется прохладной, даже на мелководье. Это потому, что песок имеет более низкую удельную теплоемкость — для повышения температуры на один градус требуется меньше энергии. Поскольку вода обладает высокой теплоемкостью, для повышения температуры на один градус требуется больше энергии.Солнце излучает более или менее постоянную энергию, которая быстрее нагревает песок, а воду — медленнее.

Песок имеет гораздо меньшую удельную теплоемкость, чем вода, поэтому он так быстро нагревается!

Таблица удельной теплоемкости

Если вы еще не знакомы с джоулями и калориями, эти числа могут показаться немного абстрактными. Взгляните на эту таблицу, чтобы ознакомиться с некоторыми общими значениями удельной теплоты в соответствии с джоулями и калориями, и сравните их с тем, что вы знаете о том, как эти вещества нагреваются!

Материал Удельная теплоемкость, Дж / кг ° C Удельная теплоемкость, кал / грамм ° C
Золото 129 0.031
Воздух 1005 0,24
Кожа 1500 0,36
Оливковое масло 1790 0,43
Бумага 1336 0,32
Соль столовая 880 0,21
Кварцевый песок 830 0,19
Сталь 490 0.12
Жидкая вода 4182 1,00
Дерево 1300–2400 0,41

Что дальше?

Готовы получить больше научных знаний о воде? Узнайте все о водопоглощающих соединениях (соответствующих названиях гидратов) и плотности воды.

Если удельная теплоемкость воды заставила вас всех загореться химией, то химия AP может быть для вас! Ознакомьтесь с этой программой AP по химии, чтобы узнать больше о том, какие темы будут охвачены.

Или, может быть, вы уже изучаете химию и ищете советы и рекомендации, как сдать экзамен. Прочтите это руководство к экзамену AP по химии, чтобы получить все, что вам нужно знать!

Если вы не совсем готовы к экзамену, но вам нужно немного поднять свой курс химии AP, это руководство по изучению химии AP может быть именно тем, что вы ищете.

Расчет удельной теплоемкости | Химия для неосновных

  • Выполните расчет удельной теплоемкости.

Обладает ли вода высокой способностью поглощать тепло?

Да. В автомобильном радиаторе он служит для охлаждения двигателя, по сравнению с которым он работал бы в противном случае. (На картинке выше радиатор — это черный объект слева.) Когда вода циркулирует в двигателе, она поглощает тепло от блока цилиндров. Когда вода проходит через радиатор, охлаждающий вентилятор и воздействие внешней среды позволяют воде немного остыть, прежде чем она снова пройдет через двигатель.

Расчет удельной теплоемкости

Удельную теплоемкость вещества можно использовать для расчета изменения температуры, которому подвергнется данное вещество при нагревании или охлаждении. Уравнение, связывающее тепло с удельной теплотой, массой и изменением температуры, показано ниже.

Поглощаемое или выделяемое тепло измеряется в джоулях. Масса измеряется в граммах. Изменение температуры определяется выражением, где — конечная температура, а — начальная температура.

Пример задачи: расчет удельной теплоемкости

Кусок металлического кадмия массой 15,0 г поглощает 134 Дж тепла при повышении температуры с 24,0 ° C до 62,7 ° C. Рассчитайте удельную теплоемкость кадмия.

Шаг 1. Составьте список известных количеств и спланируйте проблему .

Известно

  • тепла = = 134 Дж
  • масса = = 15,0 г

Неизвестно

Уравнение теплоемкости может быть преобразовано в решение для удельной теплоемкости.

Шаг 2: Решите .

Шаг 3. Подумайте о своем результате .

Удельная теплоемкость кадмия, металла, довольно близка к удельной теплоемкости других металлов. Результат состоит из трех значащих цифр.

Поскольку известны самые конкретные значения теплоемкости, их можно использовать для определения конечной температуры, достигаемой веществом при его нагревании или охлаждении. Предположим, что образец воды весом 60,0 г при 23,52 ° C был охлажден за счет отвода 813 Дж тепла.Изменение температуры можно рассчитать с помощью уравнения теплоемкости.

Поскольку вода охлаждалась, температура снижается. Конечная температура:

Сводка
  • Проиллюстрированы расчеты удельной теплоемкости.
Практика

Решите задачи по ссылке ниже:

http://www.sciencebugz.com/chemistry/chprbspheat.htm

Обзор

Вопросы

  1. У разных материалов разная теплоемкость?
  2. Как масса влияет на поглощаемое тепло?
  3. Если мы знаем удельную теплоемкость материала, можем ли мы определить, сколько тепла выделяется при заданном наборе обстоятельств?
  • удельная теплоемкость: Количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 ° C.

Удельная теплоемкость и вода

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

Удельная теплоемкость воды частично отвечает за мягкий климат вдоль юго-западного побережья Англии. Есть пляжи, как на пляже Порткресса в Силли, где растут тропические растения.

Кредит: Викимедиа

Удельная теплоемкость определяется количеством тепла, которое необходимо для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия (° C).Вода имеет высокую удельную теплоемкость, а это означает, что для повышения температуры воды требуется больше энергии по сравнению с другими веществами. Вот почему вода важна для промышленности и в радиаторе вашего автомобиля в качестве охлаждающей жидкости. Высокая удельная теплоемкость воды также помогает регулировать скорость изменения температуры воздуха, поэтому изменение температуры между сезонами происходит постепенно, а не внезапно, особенно вблизи океанов.

Эта же концепция может быть расширена до мирового масштаба. Океаны и озера помогают регулировать диапазоны температур, с которыми сталкиваются миллиарды людей в своих городах.Вода, окружающая город или близлежащая к нему, нагревается и остывает дольше, чем суша, поэтому в городах около океанов, как правило, меньше изменений и меньше экстремальных температур, чем в городах внутри страны. Это свойство воды — одна из причин, по которой штаты на побережье и в центре Соединенных Штатов могут так сильно различаться в температурных режимах. В штате Среднего Запада, таком как Небраска, будут более холодные зимы и более жаркое лето, чем в Орегоне, который находится на более высоких широтах, но расположен рядом с Тихим океаном.

Если вы оставите ведро с водой на солнце летом, оно наверняка станет теплым, но недостаточно горячим, чтобы сварить яйцо. Но если в августе вы пройдете босиком по черному асфальту улицы в южной части Соединенных Штатов, вы обожжете себе ноги. Если в августовский день уронить яйцо на металл капота моей машины, получится яичница. Металлы имеют гораздо более низкую удельную теплоемкость, чем вода. Если вы когда-либо держались за иглу и вставляли другой конец в огонь, вы знаете, как быстро игла нагревается и как быстро тепло передается по длине иглы к вашему пальцу.Не так с водой.

Почему важна теплоемкость

Кредит: LENA15 | pixabay.com

Высокая удельная теплоемкость воды во многом определяет экстремальные условия окружающей среды. Например, рыбы в этом пруду счастливы, потому что удельная теплоемкость воды в пруду означает, что температура воды будет оставаться примерно одинаковой днем ​​и ночью. Им не нужно беспокоиться о том, чтобы включить кондиционер или надеть шерстяные перчатки.(Кроме того, для счастливых рыбок посетите нашу страницу Растворенный кислород .)

К счастью для меня, тебя и рыб в пруду справа, вода имеет более высокую удельную теплоемкость, чем многие другие вещества. Одно из самых важных свойств воды — это то, что для ее нагрева требуется много энергии. Точнее, вода должна поглотить 4 184 джоулей тепла (1 калория), чтобы температура одного килограмма воды повысилась на 1 ° C. Для сравнения: чтобы поднять 1 килограмм меди на 1 ° C, требуется всего 385 джоулей тепла.

Если вы хотите узнать больше об удельной теплоемкости воды на молекулярном уровне, посмотрите это видео об удельной теплоемкости воды от Khan Academy.

Вода — удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость (C) — это количество тепла, необходимое для изменения температуры единицы массы вещества на один градус.

При расчете массового и объемного расхода в системах водяного отопления при более высоких температурах следует скорректировать удельную теплоемкость в соответствии с рисунками и таблицами ниже.

Удельная теплоемкость дается при различных температурах (° C и ° F) и давлении водонасыщения (что для практического использования дает тот же результат, что и атмосферное давление при температурах <100 ° C (212 ° F)).

  • I удельная теплоемкость сохора (C v ) для воды в закрытой системе с постоянным объемом , (= изоволюметрическая или изометрическая ).
  • Изобарическая теплоемкость (C p ) для воды в системе с постоянным давлением (ΔP = 0).

Онлайн-калькулятор удельной теплоемкости воды

Калькулятор, представленный ниже, можно использовать для расчета удельной теплоемкости жидкой воды при постоянном объеме или постоянном давлении и заданных температурах.
Удельная мощность на выходе выражается в кДж / (кмоль * K), кДж / (кг * K), кВтч / (кг * K), ккал / (кг K), Btu (IT) / (моль * ° R). и британские тепловые единицы (IT) / (фунт м * ° R)

Примечание! Температура должна быть в пределах 0–370 ° C, 32–700 ° F, 273–645 K и 492–1160 ° R, чтобы получить допустимые значения.

См. Вода и тяжелая вода — термодинамические свойства.
См. Также другие свойства Вода при изменяющейся температуре и давлении : Точки кипения при высоком давлении, Точки кипения при вакуумном давлении, Плотность и удельный вес, Динамическая и кинематическая вязкость, Энтальпия и энтропия, Теплота испарения, Константа ионизации , pK w , нормальной и тяжелой воды, температуры плавления при высоком давлении, число Прандтля, свойства в условиях равновесия газ-жидкость, давление насыщения, удельный вес, удельный объем, теплопроводность, температуропроводность и давление пара в газожидкостном состоянии. равновесие,
, а также Удельная теплоемкость воздуха — при постоянном давлении и переменной температуре, воздух — при постоянной температуре и переменном давлении, аммиак, бутан, диоксид углерода, монооксид углерода, этан, этанол, этилен, водород, метан, метанол , Азот, кислород и пропан.

Удельная теплоемкость для жидкой воды при температурах от 0 до 360 ° C:

Для полного стола с изобарической удельной теплоемкостью — поверните экран!

[Дж / (моль К)]

9027 9027 0,001165

0,001132

0,9987

Температура Изохорическая удельная теплоемкость (C v )
Изобарическая удельная теплоемкость (C p )

0

[кДж / (кг К)] [кВтч / (кг К)] [ккал / (кг К)]
[БТЕ ( IT) / фунт м ° F]
[Дж / (моль K)] [кДж / (кг K)] [кВтч / (кг K)] [ккал / (кг · К)]
[британские тепловые единицы (IT) / фунт м ° F]
0.01 75,981 4,2174 0,001172 1,0073 76,026 4,2199 0,001172 1,0079
10 1,0021
20 74,893 4,1570 0,001155 0,9929 75.386 4,1844 0,001162 0,9994
25 74,548 4,1379 0,001149 0,9883

75,336 4,1892

75,336 4,1829 4,18 0,001144 0,9834 75,309 4,1801 0,001161 0,9984
40 73.392 4,0737 0,001132 0,9730 75,300 4,1796 0,001161 0,9983
50

72,540
60 71,644 3,9767 0,001105 0,9498 75,399 4.1851 0,001163 0,9996
70 70,716 3,9252 0,001090 0,9375 75,491 0,9375 75,491 4,1902 0,9250 75,611 4,1969 0,001166 1,0024
90 68.828 3.8204 0.001061 0.9125 75.763 4.2053 0.001168 1.0044
100 1.0069
110 66.960 3.7167 0.001032 0.8877 76.177 4.2283 0,001175 1,0099
120 66,050 3.6662 0,001018 0,8757 76,451 4,2435 0,001018 0,8757 76,451 4,2435 0,002 0,8525 77,155 4,2826 0,001190 1,0229
160 62.674 +3,4788 0.000966 0,8309 78,107 4,3354 0,001204 1,0355
180 61,163 3,3949 0,000943 0,8109 79,360 4,4050 0,001224 1,0521
200 59,775 3,3179 0,000922 0,7925 80,996 4.4958 0,001249 1,0738
220 58,514 3,2479 0,000902 0,7757 83,137 4,6146 0,7607 85,971 4,7719 0,001326 1,1397
260 56.392 +3,1301 0.000869 0,7476 89,821 4,9856 0,001385 1,1908
280 55,578 3,0849 0,000857 0,7368 95,285 5,2889 0,001469 1,2632
300 55,003 3,0530 0,000848 0,7292 103,60 5.7504 0,001597 1,3735
320 54,819 3,0428 0,000845 0,7268 117,78 6,5373 117,78 6,5373 0,7352 147,88 8,2080 0,002280 1,9604
360 59.402 3,2972 0,000916 0,7875 270,31 15,004 0,004168 3,5836

Удельная теплоемкость жидкой воды при Iso при температурах от 9 до 6 бар Тепло — поворот экрана!

0 F

[BTU (IT) / (моль ° R)]

1.005

82

9027 9027

Температура Изохорная удельная теплоемкость (C v )
Изобарная удельная теплоемкость (C p )
9272
[BTu (IT) / (фунт м ° F)]
[ккал / (кг · K)]
[кДж / ( кг K)] [BTU (IT) / кмоль ° R] [BTU (IT) / фунт м ° F]
[ккал / кг K]
[кДж / кг К]
32.2 40.0 1.007 4.217 40.032 1.008 4.220
40 39.9 1.005 4.208 4.208 4.208 4.208 1,001 4,191 39,801 1,002 4,196
60 39,6 0,996 4.169 39,739 1,001 4,189
80 39,2 0,986 4,128 39,660 0,999

39,660 0,999 4,1 10027682 0,999 4,1

4,1 10027682

0,998 4,179
120 38,3 0,963 4,033 39,662 0,999 4.181
140 37,7 0,950 3,977 39,702 1.000 4,185
160 37,2 3,129

180 36,7 0,923 3,865 39,835 1,003 4,199
200 36.1 0,909 3,805 39,927 1,005 4,209
212 35,7 0,900 3,768 0,900 3,768 39992 3,768 39,993 3,768 39,993 4,268 39,99 3,745 40,042 1,008 4,221
240 35,0 0,880 3,686 40.186 1,012 4,236
260 34,4 0,867 3,629 40,364 1,016 4,255
280,900 280,92

280,990 4,278
300 33,4 0,841 3,522 40,838 1,028 4,305
350 32.3 0,813 3,404 41,685 1,050 4,394
400 31,3 0,789 3,302 42,902 3,209 44,009 1,108 4,639
500 29,7 0,748 3,130 47.296 1,191 4,986
550 28,8 0,725 3,035 51,318 1,292 5,410
6002

6,292
625 28,4 0,716 2,997 66,611 1,677 7,022
650 28.9 0,728 3,047 82,851 2,086 8,734
675 29,9 0,754 3,156 126,670 3,156 126,670 ChemTeam: как определить удельную теплоемкость

Как определить удельную теплоемкость вещества

Перейти к задачам теплообмена 1-10

Вернуться в меню термохимии


Пример № 1: Мы собираемся определить удельную теплоемкость металлической меди.Сейчас это уже делали много раз, поэтому значение есть в справочниках. Мы сделаем вид, что это не так.

Очевидно, нам нужна чистая медь, поэтому мы берем ее небольшой кусочек. Допустим, мы используем 15,0 грамма. Форма значения не имеет.

Помещаем металлическую медь в открытый стакан, наполненный кипятком, и даем ему отстояться. Мы даем ему отстояться, пока вся медь не достигнет температуры кипящей воды. Мы знаем, какая температура, не так ли?

Это 100.00 ° C.

Теперь, как долго он находился в кипящей воде, не имеет значения, потому что мы предположим, что он просидел достаточно долго.

Теперь наступает настоящий ключевой шаг. Как можно быстрее мы вытаскиваем металл из кипящей воды и переносим его в стакан, в котором находится 100,0 мл более холодной воды, скажем, 25,00 ° C. Мы знаем это, потому что измерили температуру термометром.

Раскаленная медь остывает, а вода нагревается, пока они оба не достигнут одинаковой конечной температуры.Мы записываем это с помощью термометра и находим, что это 26,02 ° C. Теперь мы знаем два разных значения Δt. Один составляет 100,00 минус конечная температура (медь), а другой — конечная температура минус 25,00 (вода).

На этом этапе мы сделаем ключевое предположение, которое упростит нашу задачу. Это означает, что все тепло, теряемое медью, уходит в воду. На самом деле это не так. В реальном эксперименте теплопередача не будет 100%, и вы должны предпринять шаги, чтобы компенсировать эти потери.Мы их проигнорируем.

Вышеупомянутый абзац, когда он сформулирован как уравнение термохимии, выглядит следующим образом:

q медь = q вода

Путем подстановки имеем (значения меди слева, значения воды справа):

(масса) (Δt) (C p ) = (масса) (Δt) (C p )

Если подставить числа на место, мы получим:

(15,0 г) (73,98 ° C) (x) = (100,0 г) (1,02 ° C) (4,184 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 )

Решение дает 0.384 Дж g ¯ 1 ° C ¯ 1

Обратите внимание на довольно небольшой прирост температуры воды (с 25,00 до 26,02) и большое (для сравнения) изменение температуры (от 100 до 26,02) меди. Это типично для подобных задач.

Обратите внимание, что в приведенном выше расчете используется 100,0 г воды, а далее над текстом указано 100,0 мл воды. Масса присутствующей воды определяется умножением объема на плотность. Поскольку плотность воды составляет 1,00 г / мл ¯ 1 , расчет выглядит следующим образом:

100.0 мл x 1,00 г мл ¯ 1

с ответом 100,0 г.


Пример № 2: Тот же текст, что и выше, только вместо меди на свинец и с другими номерами.

Мы собираемся определить удельную теплоемкость металлического свинца. Сейчас это уже делали много раз, поэтому значение есть в справочниках. Мы сделаем вид, что это не так.

Очевидно, нам нужен чистый свинец, поэтому берем его небольшой кусочек. Допустим, мы используем 49.51 грамм. Форма значения не имеет.

Помещаем свинец в открытый стакан, наполненный кипятком, и даем ему отстояться. Даем настояться, пока весь свинец не достигнет температуры кипящей воды. Мы знаем, какая температура, не так ли?

Это 100,00 ° C.

Теперь, как долго он находился в кипящей воде, не имеет значения, потому что мы предположим, что он просидел достаточно долго.

Теперь наступает настоящий ключевой шаг. Как можно быстрее вытаскиваем металл из кипящей воды и переносим в стакан на 50 штук.0 мл более холодной воды, скажем, 24,40 ° C. Мы знаем это, потому что измерили температуру термометром.

Горячий свинец остывает, а вода нагревается, пока они не достигнут одинаковой конечной температуры. Мы записываем это с помощью термометра и находим, что это 27,20 ° C. Теперь мы знаем два разных значения Δt. Один составляет 100,00 минус конечная температура (опережение), а другой — конечная температура минус 24,40 (вода).

На этом этапе мы сделаем ключевое предположение, которое упростит нашу задачу.Это означает, что все тепло, теряемое свинцом, попадает в воду. На самом деле это не так. В реальном эксперименте теплопередача не будет 100%, и вы должны предпринять шаги, чтобы компенсировать эти потери. Мы их проигнорируем.

Вышеупомянутый абзац, когда он сформулирован как уравнение термохимии, выглядит следующим образом:

q свинец = q вода

Путем подстановки имеем (значения свинца слева, значения воды справа):

(масса) (Δt) (C p ) = (масса) (Δt) (C p )

Если подставить числа на место, мы получим:

(49.51 г) (72,8 ° C) (x) = (50,0 г) (2,8 ° C) (4,184 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 )

Решение дает 0,1625 Дж ¯ 1 ° C ¯ 1 . Следуя правилу округления до пяти, окончательный ответ будет 0,162 Дж g ¯ 1 ° C ¯ 1 .

Обратите внимание на довольно небольшое увеличение температуры воды (от 24,40 до 27,20) и очень большое изменение температуры (от 100 до 27,20) свинца. Это типично для подобных задач.

Обратите внимание, что 50.В приведенном выше расчете используется 0 г воды, а далее в тексте указано 50,0 мл воды. Масса присутствующей воды определяется умножением объема на плотность. Поскольку плотность воды составляет 1,00 г / мл ¯ 1 , расчет выглядит следующим образом:

50,0 мл x 1,00 г мл ¯ 1

с ответом 50,0 г.


Пример № 3: Мы собираемся определить удельную теплоемкость металла, используя экспериментальные данные. В этом эксперименте мы использовали калориметр «кофейная чашка» и собрали следующие данные:

Масса пустой чашки 2.31 г

Масса чашки + вода 180,89 г

Масса чашки + вода + металл 780,89 г

Начальная температура воды 17,0 ° С

Начальная температура металла 52,0 ° С

Конечная температура системы 27,0 ° С

Ключевое уравнение термохимии для решения этой проблемы:

q металл = q вода

Тогда, путем подстановки, мы имеем (значения металлов слева, значения воды справа):

(масса) (Δt) (C p ) = (масса) (Δt) (C p )

Нам нужно работать со значениями из таблицы данных, чтобы получить то, что нам нужно подставить в приведенное выше уравнение.

масса воды: 180,98 — 2,31 = 178,58 г

масса металла: 780,89 — 180,89 = 600,0 г

изменение температуры воды: 27,0 — 17,0 = 10,0 ° C

изменение температуры металла: 52,0 — 17,0 = 25,0 ° C

Если подставить числа на место, мы получим:

(600,0 г) (25,0 ° C) (x) = (178,58 г) (10,0 ° C) (4,184 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 )

Решение дает 0,498 Дж ¯ 1 ° C ¯ 1

Обратите внимание на начальную температуру металла (52.0 ° С). Это необычное значение, так как образец металла обычно нагревают путем погружения в кипящую воду, в результате чего обычная начальная температура металла составляет 100,0 ° C или около нее.

Часто для решения задач такого рода требуется не граммы, а миллилитры воды. Масса присутствующей воды определяется умножением объема на плотность. Поскольку плотность воды составляет 1,00 г / мл ¯ 1 , расчет выглядит следующим образом:

мл x 1,00 г мл ¯ 1

с тем же числовым значением, только с граммами в качестве единицы измерения, а не с мл.


Пример № 4: Кусок металла весом 59,047 г нагревали до 100,0 ° C, а затем помещали в 100,0 мл воды (первоначально при 23,7 ° C). Металлу и воде давали возможность достичь равновесной температуры, которая составила 27,8 ° C. Предполагая, что в окружающую среду не теряется тепло, рассчитайте удельную теплоемкость металла.

q металл = q вода

(масса) (Δt) (C p ) = (масса) (Δt) (C p )

(59.047 г) (72,2 ° C) (x) = (100,0 г) (4,1 ° C) (4,184 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 )

x = 0,402 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1


Пример № 5: Кусок металла весом 25,6 г был взят из стакана с кипящей водой при 100,0 ° C и помещен непосредственно в калориметр, содержащий 100,0 мл воды при 25,0 ° C. Теплоемкость калориметра 1,23 Дж / К. Учитывая, что конечная температура при тепловом равновесии составляет 26,2 ° C, определяют удельную теплоемкость металла.

Решение:

1) Мы знаем это:

q потеряно, металл = q получено

2) Однако энергию получают два разных объекта (вода и сам калориметр). Следовательно:

q потеряно, металл = q получено, вода + q получено, калориметр

3) Подставляя, имеем:

(масса) (Δt) (C p, металл ) = (масса) (Δt) (C p, вода ) + (Δt воды) (постоянная калориметра)

4) Расстановка ценностей и решение:

(25.6 г) (73,8 ° C) (x) = (100,0 г) (1,2 ° C) (4,184 Дж / г ° C) + (1,2 ° C) (1,23 Дж / K)

x = 0,266 Дж / г ° C

Комментарий № 1: ° C и K отменяются в этом случае, потому что (1) один ° C имеет тот же размер, что и один K, и (2) 1,2 ° C — это разница температур, а не температура в 1,2 ° C.

Комментарий № 2: мы могли бы предположительно идентифицировать металл как ниобий, основываясь на его удельной теплоемкости. Посмотреть здесь.


Пример № 6: Когда 12,29 г мелкодисперсной латуни при 95.0 ° C быстро размешивают с 40,00 г воды при 22,0 ° C в калориметре, температура воды повышается до 24,0 ° C. Найдите удельную теплоемкость латуни.

Решение:

1) Используем следующую удельную теплоемкость воды:

4186 Дж кг ¯ 1 К ¯ 1

2) Определите энергию для нагрева воды:

q = (масса) (изменение температуры) (удельная теплоемкость)

q = (0,04000 кг) (2,0 K) (4186 Дж кг ¯ 1 K ¯ 1 ) = 334.88 Дж

3) Количество энергии, теряемой латунью при охлаждении, равно количеству, поглощаемому водой:

q = (масса) (изменение температуры) (удельная теплоемкость)

334,88 Дж = (0,01229 кг) (71,0 К) (x)

x = 384 Дж кг ¯ 1 K ¯ 1

или, если хотите, 0,384 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1


Пример № 7: Когда 450 г дроби при температуре 100,0 ° C быстро выливается в отверстие в глыбе льда при температуре 0 ° C.00 ° C, тает 25,0 г льда. Какова удельная теплоемкость металла?

Решение:

Поскольку остается лед, температура жидкой воды составляет 0,00 ° C.

(25,0 г) (334,166 Дж / г) = 8354,15 Дж (количество тепла, теряемого металлической дробью)

q = (масса) (Δt) (удельная теплоемкость)

8354,15 Дж = (450. г) (100,0 ° C) (C p )

C p = 0,186 Дж ¯ 1 ° C ¯ 1 (до трех сигнатур)


Перейти к проблемам удельной теплоемкости 1-10

Вернуться в меню термохимии

Как рассчитать теплоемкость

Обновлено 26 марта 2020 г.

Кевин Бек

Проверено: Lana Bandoim, B.S.

Если вы наблюдаете, как поверхность замерзшего пруда медленно тает в нетипично теплый зимний полдень, и наблюдаете, как то же самое происходит на поверхности близлежащей замороженной лужи большого размера, вы можете заметить, что лед в каждой из них выглядит как превращается в воду примерно с такой же скоростью.

Но что, если бы весь солнечный свет, падающий на открытую поверхность пруда, размером, может быть, акр, был одновременно сфокусирован на поверхности лужи?

Ваша интуиция, вероятно, подсказывает вам, что не только поверхность лужи очень быстро плавится в воду, но и вся лужа может даже почти мгновенно превратиться в водяной пар, минуя жидкую фазу, чтобы стать водянистым газом.Но почему с точки зрения физики это должно быть?

Та же самая интуиция, вероятно, подсказывает вам, что существует взаимосвязь между теплотой, массой и изменением температуры льда, воды или того и другого.

Как оказалось, это так, и идея распространяется также на другие вещества, каждое из которых имеет различную «сопротивляемость» теплу, что проявляется в различных изменениях температуры в ответ на заданное количество добавленного тепла. Эти идеи объединяются, чтобы предложить концепции удельной теплоемкости, и теплоемкости.

Что такое тепло в физике?

Тепло — одна из, казалось бы, бесчисленных форм величины, известной в физике как энергия. Энергия выражается в единицах силы, умноженной на расстояние, или в ньютон-метрах, но обычно это называется джоуль (Дж). В некоторых приложениях стандартная единица измерения — 4,18 Дж; в третьих правит день btu, или британская тематическая единица.

Тепло имеет тенденцию «перемещаться» из более теплых областей в более прохладные, то есть в области, в которых в настоящее время меньше тепла.Хотя тепло невозможно удержать или увидеть, изменения его величины можно измерить по изменению температуры.

Температура — это мера средней кинетической энергии набора молекул, например стакана с водой или емкости с газом. Добавление тепла увеличивает эту молекулярную кинетическую энергию и, следовательно, температуру, а уменьшение ее снижает температуру.

Что такое калориметрия?

Почему джоуль равен 4,18 калории? Поскольку калория (кал), хотя и не является единицей тепла в системе СИ, является производной от метрических единиц и в некотором смысле является фундаментальной: это количество тепла , необходимое для повышения одного грамма воды при комнатной температуре на 1 К или 1 градус. ° C.(Изменение на 1 градус по шкале Кельвина идентично изменению на 1 градус по шкале Цельсия; однако они смещены примерно на 273 градуса, так что 0 K = 273,15 ° C.)

  • «Калорийность» «на этикетках пищевых продуктов фактически указана килокалория (ккал), что означает, что банка сладкой газировки объемом 12 унций содержит около 150 000 настоящих калорий.

Способ определения такой вещи экспериментальным путем с использованием воды или какого-либо другого вещества состоит в том, чтобы поместить ее заданную массу в контейнер, добавить заданное количество тепла, не позволяя какому-либо веществу или теплу уйти из сборки и измерьте изменение температуры.

Так как вы знаете массу вещества и можете предположить, что тепло и температура одинаковы во всем, вы можете простым делением определить, сколько тепла изменит единицу количества, например, 1 грамм, на ту же температуру.

Объяснение уравнения теплоемкости

Формула теплоемкости бывает разных форм, но все они сводятся к одному и тому же основному уравнению:

Это уравнение просто утверждает, что изменение тепла Q замкнутой системы (жидкость, газ или твердого материала) равна массе m образца, умноженной на изменение температуры ΔT, умноженное на параметр C, называемый удельной теплоемкостью , или просто удельной теплоемкостью .Чем выше значение C, тем больше тепла может поглотить система, поддерживая такое же повышение температуры.

Что такое удельная теплоемкость?

Теплоемкость — это количество тепла, необходимое для повышения температуры объекта на определенную величину (обычно на 1 К), поэтому в системе СИ используются Дж / К. Предмет может быть однородным, а может и не быть. Было бы возможно приблизительно определить теплоемкость смеси веществ, таких как грязь, если бы вы знали ее массу и измеряли изменение ее температуры в ответ на нагревание в каком-либо герметичном устройстве.

Более полезной величиной в химии, физике и технике является удельная теплоемкость C , измеренная в единицах тепла на единицу массы. Единицами удельной теплоемкости обычно являются джоули на грамм-кельвин или Дж / г⋅К, хотя килограмм (кг) является единицей массы в системе СИ. Одна из причин, по которой удельная теплоемкость полезна, заключается в том, что если у вас есть известная масса однородного вещества и его теплоемкость, вы можете судить о его пригодности для использования в качестве «поглотителя тепла», чтобы избежать риска возгорания в определенных экспериментальных ситуациях.

Вода действительно обладает очень высокой теплоемкостью. Учитывая, что человеческое тело должно выдерживать добавление или вычитание значительного количества тепла из-за меняющихся условий Земли, это было бы основным требованием любого биологического объекта, который состоит в основном из воды, как и почти все существенные живые существа.

Зависимость теплоемкости от удельной теплоемкости

Представьте себе спортивный стадион, вмещающий 100 000 человек, и другой стадион, расположенный в другом конце города, на 50 000 человек.С первого взгляда видно, что абсолютная «вместимость» первого стадиона вдвое больше, чем второго. Но также представьте, что второй стадион построен таким образом, что он занимает только 1/4 объема первого.

Если вы выполните алгебру, вы обнаружите, что на меньшем стадионе фактически в два раза больше людей на единицу площади , чем на большом, что дает ему вдвое большее значение «конкретного места».

В этой аналогии представьте отдельных зрителей как единицы тепла одинаковой величины, втекающие на стадион и выходящие из него.В то время как более крупный стадион может удерживать в два раза больше «тепла», меньший стадион фактически имеет вдвое большую вместимость для «хранения» этой версии «тепла» на единицу площади.

Если предполагается, что каждая секция одинакового размера на обоих стадионах будет производить одинаковое количество мусора после игры, когда она заполнена, независимо от того, сколько людей она вмещает, то меньшая секция будет вдвое эффективнее для уменьшения помета особей. зрителей; Считайте это вдвое более устойчивым к повышению температуры на единицу добавленного тепла.

Из этого видно, что если два объекта с одинаковой удельной теплоемкостью имеют разную массу, то у большего из них будет большая теплоемкость на величину, которая зависит от того, насколько он массивнее. При сравнении объектов разной массы и разной теплоемкости ситуация усложняется.