Удельная теплоемкость вещества

Удельная теплоемкость вещества — это физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой $1 \space кг$ для того, чтобы его температура изменилась на $1 \degree C$

Рассмотрим на примерах, как удельная теплоемкость характеризует вещество.

Возьмем $1 \space кг$ воды и нагреем его на $1 \degree C$ (рисунок 1).

Рисунок 1. Определение удельной теплоемкости воды.

Для этого нам понадобится $4200 \space Дж$. Именно это количество теплоты и будет определять удельную теплоемкость воды.

Читайте также: Как найти радиус шара

А теперь нагреем на $1 \degree C$ кусок свинца массой $1 \space кг$ (рисунок 2).

Рисунок 2. Определение удельной теплоемкости свинца.

В этот раз нам потребуется затратить $140 \space Дж$. Это значение ожидаемо отличается от количества теплоты, затраченное на нагревание воды. Тем не менее, это количество теплоты так же будет характеризовать удельную теплоемкость свинца.

Видео

Инструкция по расчёту параметра

Рассчитать с вещества достаточно просто и чтобы это сделать нужно, выполнить следующие шаги:

Взять расчётную формулу: Теплоемкость = Q/(m*∆T)
Выписать исходные данные.
Подставить их в формулу.
Провести расчёт и получим результат.

В качестве примера произведём расчёт неизвестного вещества массой 480 грамм обладающего температурой 15ºC, которая в результате нагрева (подвода 35 тыс. Дж) увеличилась до 250º.

Согласно инструкции приведённой выше производим следующие действия:

Выписываем исходные данные:

Q = 35 тыс. Дж;
m = 480 г;
ΔT = t2–t1 =250–15 = 235 ºC.

Берём формулу, подставляем значения и решаем:

с=Q/(m*∆T)=35тыс.Дж/(480 г*235º)=35тыс.Дж/(112800 г*º)=0,31 Дж/г*º.

Виды теплопередачи

Теплопередача — процесс передачи теплоты (обмена энергией).

Здесь все совсем несложно, видов 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.

Как рассчитать теплоемкость продуктов питания

При расчёте емкости питания уравнение примет следующий вид:

с=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908 *a), где:

w – количество воды в продукте;
p – количество белков в продукте;
f – процентное содержание жиров;
c – процентное содержание углеводов;
a – процентное содержание неорганических компонентов.

Определим теплоемкость плавленого сливочного сыра Viola. Для этого выписываем нужные значения из состава продукта (масса 140 грамм):

вода – 35 г;
белки – 12,9 г;
жиры – 25,8 г;
углеводы – 6,96 г;
неорганические компоненты – 21 г.

Затем находим с:

с=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908*a)=(4.180*35)+(1.711*12,9)+(1.928*25,8) + (1.547*6,96)+(0.908*21)=146,3+22,1+49,7+10,8+19,1=248 кДж /кг*ºC.

Табличные значения удельной теплоемкости

Существуют уже известные значения удельной теплоемкости различных веществ. Они представлены таблице 1.

Вещество	$c, \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$	Вещество	$c, \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$
Золото	130	Песок	820
Ртуть	140	Стекло	840
Свинец	140	Кирпич	880
Олово	230	Алюминий	920
Серебро	250	Масло подсолнечное	1700
Медь	400	Лед	2100
Цинк	400	Керосин	2100
Латунь	400	Эфир	2350
Железо	460	Дерево (дуб)	2400
Сталь	500	Спирт	2500
Чугун	540	Вода	4200
Графит	750	Гелий	5200

Таблица 1. Удельные теплоемкости некоторых веществ.

Вода имеет почти самую большую теплоемкость в таблице — $4200 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$. Это означает, что вода, находящаяся в морях и океанах, поглощает большое количество теплоты, нагреваясь летом. Зимой воды начинает остывать и отдавать большое количество теплоты. Поэтому, в местностях, которые расположены в непосредственной близости от воды, летом не бывает очень жарко, а зимой не бывает очень холодно. По этой же причине воду широко используют в технике (например, охлаждение деталей во время их обработки) и быту (отопительный системы помещений).

Песок имеет небольшую теплоемкость — $820 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$. Он быстро нагревается и быстро остывает. Поэтому в пустыне днем очень жарко, а ночью температура может опуститься почти ниже $0 \degree C$.

Понятие теплоемкости, как измеряется, график зависимости температуры от времени

Определение 4

Под понятием «теплоемкости» подразумевается то количество теплоты, которое поглощается либо выделяется телом при его нагревании (либо охлаждении) на 1 Кельвин. Это физическое понятие, зависящее от соотношения количества теплоты, которое в термодинамической системе поглощается либо выделяется, незначительно изменяя температуру, к данному изменению.

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 NH3	2244
Аргон Ar	523
Ацетилен C2H2	1683
Водород H2	14270
Воздух	1005
Гелий He	5296
Кислород O2	913
Криптон Kr	251
Ксенон Xe	159
Метан CH4	2483
Неон Ne	1038
Оксид азота N2O	913
Оксид азота NO	976
Оксид серы SO2	625
Оксид углерода CO	1043
Пропан C3H8	1863
Сероводород H2S	1026
Углекислый газ CO2	837
Хлор Cl	520
Этан C2H6	1729
Этилен C2H4	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) NH3	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) H2SO4	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(t_{конечная} — t_{начальная})

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

Удельная теплоемкость