Convertitore di lunghezza e distanza Convertitore di massa Convertitore di solidi sfusi e cibo Convertitore di area Convertitore di volume e unità in ricette Convertitore di temperatura Convertitore di pressione, stress, modulo di Young Convertitore di energia e lavoro Convertitore di potenza Convertitore di forza Convertitore di tempo Convertitore di velocità lineare Convertitore di efficienza termica e risparmio di carburante vari sistemi calcolo Convertitore di unità di misura della quantità di informazioni Tassi di cambio Dimensioni Abbigliamento Donna e calzature Taglie di abbigliamento e calzature da uomo Taglie di abbigliamento e calzature da uomo Convertitore di velocità angolare e velocità di rotazione Convertitore di accelerazione Convertitore di accelerazione angolare Convertitore di densità Convertitore di volume specifico Convertitore di momento d'inerzia Convertitore di momento di forza Convertitore di coppia Calore specifico di combustione (in massa) Convertitore di densità di energia e calore specifico di combustione del combustibile (in massa) Convertitore di differenza di temperatura Convertitore del coefficiente di dilatazione termica Convertitore di resistenza termica Convertitore di conducibilità termica Convertitore di calore specifico Convertitore di esposizione all'energia e potenza radiante Convertitore di densità flusso di calore Convertitore del coefficiente di trasferimento del calore Convertitore del flusso volumetrico flusso di massa Convertitore di portata molare Convertitore di densità di flusso di massa Convertitore di concentrazione molare Convertitore di concentrazione di massa in soluzione Convertitore di viscosità dinamica (assoluta) Convertitore di viscosità cinematica Convertitore di tensione superficiale Convertitore di permeabilità al vapore Convertitore di permeabilità al vapore e velocità di trasferimento del vapore Convertitore di livello sonoro Convertitore di sensibilità del microfono Livello di pressione sonora (SPL) Convertitore Livello Convertitore pressione sonora con pressione di riferimento selezionabile Convertitore luminosità Convertitore intensità luminosa Convertitore illuminamento Convertitore risoluzione computer grafica Convertitore frequenza e lunghezza d'onda Potenza ottica in diottrie e lunghezza focale Convertitore di potenza in diottrie e ingrandimento della lente (×). carica elettrica Convertitore di densità di carica lineare densità superficiale Carica Bulk Convertitore di densità di carica corrente elettrica Convertitore di densità di corrente lineare Convertitore di densità di corrente di superficie Convertitore di tensione campo elettrico Convertitore di potenziale elettrostatico e convertitore di tensione resistenza elettrica Convertitore del convertitore di resistività elettrica conduttività elettrica Convertitore di conducibilità elettrica Convertitore di induttanza di capacità Convertitore di misura del filo US Livelli in dBm (dBm o dBm), dBV (dBV), Watt, ecc. Unità Convertitore di forza magnetomotrice Convertitore di forza campo magnetico Convertitore flusso magnetico Radiazione del convertitore di induzione magnetica. Radioattività del convertitore di dose assorbita dalle radiazioni ionizzanti. Radiazione del convertitore di decadimento radioattivo. Radiazione del convertitore di dose di esposizione. Convertitore dose assorbita Convertitore prefisso decimale Trasferimento dati Unità tipografica e di imaging Convertitore unità di volume del legname Calcolo massa molare Sistema periodico elementi chimici DI Mendeleev

Valore iniziale

Valore convertito

joule per chilogrammo per kelvin joule per chilogrammo per °C joule per grammo per °C kilojoule per chilogrammo per kelvin kilojoule per chilogrammo per °C caloria (IT) per grammo per °C caloria (IT) per grammo per °F caloria ( thr. ) per grammo per °C kilocalorie (th.) per kg per °C cal. (th.) per kg per °C kilocalorie (th.) per kg per kelvin kilocalorie (th.) per kg per kelvin chilogrammo per kelvin libbra- forza piede per libbra per °Rankine BTU (th) per libbra per °F BTU (th) per libbra per °F BTU (th) per libbra per °Rankine BTU (th) per libbra per °Rankine BTU (IT) per libbra per °C caldo unità per libbra per °C

Maggiori informazioni sulla capacità termica specifica

Informazione Generale

Le molecole si muovono sotto l'influenza del calore: questo movimento è chiamato diffusione molecolare. Più alta è la temperatura di una sostanza, più velocemente si muovono le molecole e più si verifica una diffusione intensa. Il movimento delle molecole è influenzato non solo dalla temperatura, ma anche dalla pressione, dalla viscosità di una sostanza e dalla sua concentrazione, dalla resistenza alla diffusione, dalla distanza che le molecole percorrono durante i loro movimenti e dalla loro massa. Ad esempio, se confrontiamo come avviene il processo di diffusione nell'acqua e nel miele, quando tutte le altre variabili, tranne la viscosità, sono uguali, allora è ovvio che le molecole nell'acqua si muovono e si diffondono più velocemente che nel miele, poiché il miele ha una viscosità maggiore.

Le molecole hanno bisogno di energia per muoversi e più velocemente si muovono, più energia hanno bisogno. Il calore è uno dei tipi di energia utilizzati in questo caso. Cioè, se una certa temperatura viene mantenuta in una sostanza, le molecole si muoveranno e se la temperatura viene aumentata, il movimento accelererà. L'energia sotto forma di calore si ottiene bruciando combustibile, per esempio gas naturale, carbone o legno. Se più sostanze vengono riscaldate utilizzando la stessa quantità di energia, è probabile che alcune sostanze si riscaldino più velocemente di altre a causa di una diffusione più intensa. La capacità termica e la capacità termica specifica descrivono proprio queste proprietà delle sostanze.

Calore specifico determina quanta energia (cioè calore) è necessaria per modificare di una certa quantità la temperatura di un corpo o di una sostanza di una certa massa. Questa proprietà è diversa da capacità termica, che determina la quantità di energia necessaria per portare la temperatura di un intero corpo o sostanza a una certa temperatura. I calcoli della capacità termica, a differenza della capacità termica specifica, non tengono conto della massa. La capacità termica e la capacità termica specifica sono calcolate solo per sostanze e corpi in uno stato di aggregazione stabile, ad esempio per i solidi. Questo articolo discute entrambi questi concetti, poiché sono correlati.

Capacità termica e capacità termica specifica di materiali e sostanze

Metalli

I metalli hanno una struttura molecolare molto forte, poiché la distanza tra le molecole nei metalli e negli altri solidi è molto più piccola che nei liquidi e nei gas. A causa di ciò, le molecole possono muoversi solo su distanze molto piccole e, di conseguenza, è necessaria molta meno energia per farle muovere a una velocità maggiore rispetto alle molecole di liquidi e gas. A causa di questa proprietà, la loro capacità termica specifica è bassa. Ciò significa che è molto facile aumentare la temperatura del metallo.

Acqua

D'altra parte, l'acqua ha una capacità termica specifica molto elevata, anche rispetto ad altri liquidi, quindi ci vuole molta più energia per riscaldare un'unità di massa d'acqua di un grado, rispetto a sostanze la cui capacità termica specifica è inferiore. L'acqua ha un'elevata capacità termica a causa dei forti legami tra gli atomi di idrogeno nella molecola d'acqua.

L'acqua è uno dei componenti principali di tutti gli organismi viventi e le piante sulla Terra, quindi la sua capacità termica specifica gioca un ruolo importante per la vita sul nostro pianeta. A causa dell'elevata capacità termica specifica dell'acqua, la temperatura del fluido nelle piante e la temperatura del fluido della cavità nel corpo degli animali cambiano poco anche in giornate molto fredde o molto calde.

L'acqua fornisce un sistema per mantenere il regime termico sia negli animali e nelle piante, sia sulla superficie terrestre nel suo insieme. Gran parte del nostro pianeta è ricoperta d'acqua, quindi è l'acqua che gioca un ruolo importante nella regolazione del tempo e del clima. Anche con in gran numero calore proveniente dall'impatto della radiazione solare sulla superficie terrestre, la temperatura dell'acqua negli oceani, nei mari e in altri corpi idrici aumenta gradualmente e temperatura ambiente cambia anche lentamente. D'altra parte, l'effetto sulla temperatura dell'intensità del calore della radiazione solare è ampio sui pianeti dove non ci sono grandi superfici ricoperte d'acqua, come la Terra, o in regioni della Terra dove l'acqua è scarsa. Ciò è particolarmente evidente quando si osserva la differenza tra le temperature diurne e notturne. Quindi, ad esempio, vicino all'oceano, la differenza tra le temperature diurne e notturne è piccola, ma nel deserto è enorme.

L'elevata capacità termica dell'acqua significa anche che l'acqua non solo si riscalda lentamente, ma si raffredda anche lentamente. A causa di questa proprietà, l'acqua viene spesso utilizzata come refrigerante, cioè come refrigerante. Inoltre, l'uso dell'acqua è vantaggioso a causa del suo basso prezzo. Nei paesi con climi freddi acqua calda circola nei tubi per il riscaldamento. Miscelato con glicole etilenico, viene utilizzato nei radiatori delle auto per raffreddare il motore. Tali liquidi sono chiamati antigelo. La capacità termica del glicole etilenico è inferiore alla capacità termica dell'acqua, quindi anche la capacità termica di tale miscela è inferiore, il che significa che anche l'efficienza di un sistema di raffreddamento con antigelo è inferiore a quella di un sistema con acqua. Ma questo deve essere sopportato, poiché il glicole etilenico non consente all'acqua di congelare in inverno e danneggiare i canali del sistema di raffreddamento dell'auto. Più glicole etilenico viene aggiunto ai refrigeranti progettati per i climi più freddi.

Capacità termica nella vita di tutti i giorni

A parità di altre condizioni, la capacità termica dei materiali determina la velocità con cui si riscaldano. Maggiore è la capacità termica, maggiore è l'energia necessaria per riscaldare questo materiale. Cioè, se due materiali con capacità termiche diverse vengono riscaldati con la stessa quantità di calore e nelle stesse condizioni, una sostanza con una capacità termica inferiore si riscalderà più velocemente. I materiali ad alta capacità termica, al contrario, si riscaldano e restituiscono calore ambiente Più lentamente.

Utensili e utensili da cucina

Molto spesso, scegliamo i materiali per stoviglie e utensili da cucina in base alla loro capacità termica. Ciò si applica principalmente agli oggetti che sono a diretto contatto con il calore, come pentole, piatti, teglie e altri utensili simili. Ad esempio, per pentole e padelle, è meglio utilizzare materiali a bassa capacità termica, come i metalli. Questo aiuta il calore a trasferirsi più facilmente e rapidamente dal riscaldatore attraverso la pentola al cibo e accelera il processo di cottura.

D'altra parte, poiché i materiali ad alta capacità termica trattengono il calore a lungo, sono buoni da utilizzare per l'isolamento, cioè quando è necessario trattenere il calore dei prodotti ed evitarne la dispersione nell'ambiente o , al contrario, per evitare che il calore della stanza si surriscaldi. prodotti refrigerati. Molto spesso, tali materiali vengono utilizzati per piatti e tazze in cui vengono serviti cibi e bevande caldi o, al contrario, molto freddi. Aiutano non solo a mantenere la temperatura del prodotto, ma impediscono anche alle persone di scottarsi. Piatti in ceramica e polistirene espanso - buoni esempi l'uso di tali materiali.

Cibo termoisolante

A seconda di una serie di fattori, come il contenuto di acqua e grasso nei prodotti, la loro capacità termica e la capacità termica specifica possono essere diverse. In cucina, la conoscenza della capacità termica degli alimenti consente di utilizzare alcuni alimenti per l'isolamento. Se copri altri alimenti con prodotti isolanti, aiuteranno questo cibo a mantenersi caldo più a lungo sotto di loro. Se i piatti sotto questi prodotti termoisolanti hanno un'elevata capacità termica, rilasciano comunque lentamente calore nell'ambiente. Dopo essersi ben riscaldati, perdono calore e acqua ancora più lentamente grazie ai prodotti isolanti posti sulla parte superiore. Pertanto, rimangono caldi più a lungo.

Un esempio di prodotto termoisolante è il formaggio, soprattutto sulla pizza e altri piatti simili. Fino a quando non si scioglie, consente il passaggio del vapore acqueo, il che consente al cibo sottostante di raffreddarsi rapidamente, poiché l'acqua in esso contenuta evapora e così facendo raffredda il cibo che contiene. Il formaggio fuso copre la superficie del piatto e isola il cibo sottostante. Spesso sotto il formaggio si trovano alimenti ad alto contenuto di acqua, come salse e verdure. Per questo hanno un'elevata capacità termica e si mantengono a lungo in caldo, soprattutto perché sono sotto il formaggio fuso, che non rilascia vapore acqueo all'esterno. Ecco perché la pizza sfornata è così calda che puoi facilmente scottarti con sugo o verdure, anche quando l'impasto lungo i bordi si è raffreddato. La superficie della pizza sotto il formaggio non si raffredda a lungo, il che consente di consegnare la pizza a casa tua in un sacchetto termico ben isolato.

Alcune ricette usano le salse allo stesso modo del formaggio per isolare il cibo sottostante. Come più contenuti grasso nella salsa, meglio isola i prodotti - le salse a base di burro o panna sono particolarmente buone in questo caso. Ciò è sempre dovuto al fatto che il grasso impedisce l'evaporazione dell'acqua e, quindi, l'allontanamento del calore necessario per l'evaporazione.

In cucina, a volte vengono utilizzati anche materiali non adatti al cibo per l'isolamento termico. I cuochi dell'America centrale, delle Filippine, dell'India, della Tailandia, del Vietnam e di molti altri paesi usano spesso foglie di banana per questo scopo. Non solo possono essere raccolti in giardino, ma anche acquistati in un negozio o sul mercato: vengono persino importati a tale scopo nei paesi in cui non vengono coltivate banane. A volte il foglio di alluminio viene utilizzato per scopi di isolamento. Non solo impedisce all'acqua di evaporare, ma aiuta anche a mantenere il calore all'interno impedendo il trasferimento di calore sotto forma di irraggiamento. Se avvolgi le ali e le altre parti sporgenti dell'uccello in un foglio di alluminio durante la cottura, il foglio eviterà che si surriscaldino e si brucino.

Cucinare il cibo

Gli alimenti ad alto contenuto di grassi, come il formaggio, hanno una bassa capacità termica. Si riscaldano di più con meno energia rispetto ai prodotti ad alta capacità termica e raggiungono temperature sufficientemente elevate da consentire la reazione di Maillard. La reazione di Maillard è reazione chimica, che si verifica tra zuccheri e aminoacidi, e cambia il gusto e aspetto prodotti. Questa reazione è importante in alcuni metodi di cottura, come la cottura del pane e confetteria dalla farina, dai prodotti da forno nel forno e dalla frittura. Per aumentare la temperatura del cibo alla temperatura alla quale si verifica questa reazione, in cucina vengono utilizzati cibi ricchi di grassi.

Zucchero in cottura

La capacità termica specifica dello zucchero è addirittura inferiore a quella del grasso. Poiché lo zucchero si riscalda rapidamente a temperature superiori al punto di ebollizione dell'acqua, lavorarlo in cucina richiede precauzioni di sicurezza, soprattutto quando si preparano caramelle o dolci. Bisogna fare molta attenzione quando si scioglie lo zucchero per evitare di rovesciarlo sulla pelle nuda, poiché la temperatura dello zucchero raggiunge i 175° C (350° F) e la bruciatura dello zucchero fuso sarà molto grave. In alcuni casi è necessario controllare la consistenza dello zucchero, ma questo non dovrebbe mai essere fatto a mani nude se lo zucchero è riscaldato. Spesso le persone dimenticano quanto velocemente e quanto zucchero può riscaldarsi, motivo per cui si bruciano. A seconda dell'uso dello zucchero fuso, è possibile controllarne la consistenza e la temperatura acqua fredda come descritto sotto.

Le proprietà dello zucchero e dello sciroppo di zucchero cambiano a seconda della temperatura a cui viene cotto. Lo sciroppo di zucchero caldo può essere sottile, come il miele più sottile, denso o da qualche parte tra sottile e denso. Le ricette per dolci, caramelle e salse dolci di solito specificano non solo la temperatura alla quale lo zucchero o lo sciroppo devono essere riscaldati, ma anche la fase di durezza dello zucchero, come la fase "palla morbida" o la fase "palla dura". Il nome di ogni fase corrisponde alla consistenza dello zucchero. Per determinarne la consistenza, il pasticcere fa cadere alcune gocce di sciroppo in acqua ghiacciata, raffreddandole. Successivamente, la consistenza viene verificata al tatto. Quindi, ad esempio, se lo sciroppo freddo si addensa, ma non si indurisce, ma rimane morbido e puoi farne una palla, allora si considera che lo sciroppo sia nella fase di "palla morbida". Se la forma dello sciroppo congelato è molto difficile, ma può ancora essere modificata a mano, allora è nella fase della "palla dura". I pasticceri usano spesso un termometro per alimenti e controllano anche a mano la consistenza dello zucchero.

la sicurezza alimentare

Conoscendo la capacità termica degli alimenti, è possibile determinare per quanto tempo devono essere raffreddati o riscaldati per raggiungere una temperatura alla quale non si deteriorino e alla quale muoiono i batteri dannosi per l'organismo. Ad esempio, per raggiungere una certa temperatura, gli alimenti con una capacità termica maggiore impiegano più tempo a raffreddarsi o riscaldarsi rispetto agli alimenti con una capacità termica ridotta. Cioè, la durata della cottura di un piatto dipende da quali prodotti sono inclusi in esso e anche dalla velocità con cui l'acqua evapora da esso. L'evaporazione è importante perché richiede molta energia. Spesso, un termometro per alimenti viene utilizzato per controllare la temperatura di un piatto o del cibo in esso contenuto. È particolarmente conveniente usarlo durante la preparazione di pesce, carne e pollame.

microonde

L'efficienza con cui il cibo viene riscaldato in un forno a microonde dipende, tra gli altri fattori, dal calore specifico del cibo. radiazione a microonde, prodotto dal magnetron del forno a microonde, fa sì che le molecole di acqua, grasso e alcune altre sostanze si muovano più velocemente, provocando il riscaldamento del cibo. Le molecole di grasso sono facili da spostare grazie alla loro bassa capacità termica, e quindi gli alimenti grassi vengono riscaldati a temperature più elevate rispetto agli alimenti contenenti molta acqua. La temperatura raggiunta può essere così alta da essere sufficiente per la reazione di Maillard. I prodotti con un alto contenuto di acqua non raggiungono tali temperature a causa dell'elevata capacità termica dell'acqua e quindi in essi non si verifica la reazione di Maillard.

Le alte temperature raggiunte dal grasso del microonde possono causare la cottura di alcuni alimenti, come la pancetta, ma queste temperature possono essere pericolose se utilizzate. forni a microonde, soprattutto se non si seguono le regole per l'uso del forno, descritte nel manuale di istruzioni. Ad esempio, quando si riscaldano o si cuociono cibi grassi nel forno, non dovresti usarli utensili di plastica, poiché anche le stoviglie per microonde non sono progettate per le temperature raggiunte dal grasso. Inoltre, non dimenticare che i cibi grassi sono molto caldi e mangiali con attenzione per non scottarti.

Capacità termica specifica dei materiali utilizzati nella vita di tutti i giorni

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05.04.2019, 01:42

Calore specifico

La capacità termica è la quantità di calore assorbita da un corpo quando riscaldato di 1 grado.

La capacità termica di un corpo è indicata con lettere maiuscole Lettera latina INSIEME A.

Cosa determina la capacità termica di un corpo? Innanzitutto dalla sua massa. È chiaro che riscaldare, ad esempio, 1 chilogrammo di acqua richiederà più calore rispetto a riscaldare 200 grammi.

E il tipo di sostanza? Facciamo un esperimento. Prendiamo due recipienti identici e, versando acqua del peso di 400 g in uno e olio vegetale del peso di 400 g nell'altro, inizieremo a riscaldarli con l'aiuto di bruciatori identici. Osservando le letture dei termometri, vedremo che l'olio si riscalda più velocemente. Per riscaldare l'acqua e l'olio alla stessa temperatura, l'acqua deve essere riscaldata più a lungo. Ma più a lungo riscaldiamo l'acqua, più calore riceve dal bruciatore.

Quindi, per riscaldare la stessa massa sostanze diverse Sono necessarie diverse quantità di calore per la stessa temperatura. La quantità di calore richiesta per riscaldare un corpo e, di conseguenza, la sua capacità termica dipendono dal tipo di sostanza di cui questo corpo è composto.

Quindi, ad esempio, per aumentare di 1 °C la temperatura di un'acqua di massa di 1 kg è necessaria una quantità di calore pari a 4200 J, e per riscaldare la stessa massa di 1 °C olio di semi di girasoleè richiesta una quantità di calore pari a 1700 J.

Viene chiamata la quantità fisica che mostra quanto calore è necessario per riscaldare 1 kg di una sostanza di 1°C calore specifico questa sostanza.

Ogni sostanza ha la sua capacità termica specifica, che è indicata dalla lettera latina c e si misura in joule per chilogrammo-grado (J / (kg K)).

La capacità termica specifica della stessa sostanza in diversi stati aggregati (solido, liquido e gassoso) è diversa. Ad esempio, la capacità termica specifica dell'acqua è 4200 J/(kg K) e la capacità termica specifica del ghiaccio J/(kg K) ; l'alluminio allo stato solido ha una capacità termica specifica di 920 J / (kg K) e in liquido - J / (kg K).

Si noti che l'acqua ha una capacità termica specifica molto elevata. Pertanto, l'acqua dei mari e degli oceani, riscaldandosi in estate, assorbe una grande quantità di calore dall'aria. Per questo motivo, in quei luoghi che si trovano vicino a grandi specchi d'acqua, l'estate non è calda come in luoghi lontani dall'acqua.

Capacità termica specifica dei solidi

La tabella riporta i valori medi della capacità termica specifica delle sostanze nell'intervallo di temperatura da 0 a 10°C (se non è indicata un'altra temperatura)

Sostanza	Capacità termica specifica, kJ/(kg K)
Azoto solido (a t=-250°С)	0,46
Calcestruzzo (a t=20 °C)	0,88
Carta (a t=20 °С)	1,50
Aria solida (a t=-193 °C)	2,0
Grafite	0,75
Quercia	2,40
Pino, abete rosso	2,70
Salgemma	0,92
Una pietra	0,84
Mattone (a t=0 °С)	0,88

Capacità termica specifica dei liquidi

Sostanza	Temperatura, °C
Benzina (B-70)	20	2,05
Acqua	1-100	4,19
Glicerolo	0-100	2,43
Cherosene	0-100	2,09
Olio per macchine	0-100	1,67
Olio di semi di girasole	20	1,76
Tesoro	20	2,43
Latte	20	3,94
Il petrolio	0-100	1,67-2,09
Mercurio	0-300	0,138
Alcool	20	2,47
Etere	18	3,34

Capacità termica specifica di metalli e leghe

Sostanza	Temperatura, °C	Capacità termica specifica, k J/(kg K)
Alluminio	0-200	0,92
Tungsteno	0-1600	0,15
Ferro da stiro	0-100	0,46
Ferro da stiro	0-500	0,54
Oro	0-500	0,13
Iridio	0-1000	0,15
Magnesio	0-500	1,10
Rame	0-500	0,40
Nichel	0-300	0,50
Lattina	0-200	0,23
Platino	0-500	0,14
Guida	0-300	0,14
D'argento	0-500	0,25
Acciaio	50-300	0,50
Zinco	0-300	0,40
Ghisa	0-200	0,54

Capacità termica specifica di metalli fusi e leghe liquefatte

Sostanza	Temperatura, °C	Capacità termica specifica, k J/(kg K)
Azoto	-200,4	2,01
Alluminio	660-1000	1,09
Idrogeno	-257,4	7,41
Aria	-193,0	1,97
Elio	-269,0	4,19
Oro	1065-1300	0,14
Ossigeno	-200,3	1,63
Sodio	100	1,34
Lattina	250	0,25
Guida	327	0,16
D'argento	960-1300	0,29

Capacità termica specifica di gas e vapori

a pressione atmosferica normale

Sostanza	Temperatura, °C	Capacità termica specifica, k J/(kg K)
Azoto	0-200	1,0
Idrogeno	0-200	14,2
vapore acqueo	100-500	2,0
Aria	0-400	1,0
Elio	0-600	5,2
Ossigeno	20-440	0,92
Monossido di carbonio (II)	26-200	1,0
Monossido di carbonio (IV)	0-600	1,0
Vapore di alcol	40-100	1,2
Cloro	13-200	0,50

La capacità termica è la capacità di assorbire una certa quantità di calore durante il riscaldamento o di cederlo una volta raffreddato. La capacità termica di un corpo è il rapporto tra una quantità infinitesima di calore che un corpo riceve e il corrispondente aumento dei suoi indicatori di temperatura. Il valore è misurato in J/K. In pratica, viene utilizzato un valore leggermente diverso: la capacità termica specifica.

Definizione

Cosa si intende per capacità termica specifica? Questa è una quantità relativa a una singola quantità di una sostanza. Di conseguenza, la quantità di una sostanza può essere misurata in metri cubi, chilogrammi o anche in moli. Da cosa dipende? In fisica, la capacità termica dipende direttamente dall'unità quantitativa a cui si riferisce, il che significa che si distinguono tra capacità termica molare, di massa e volumetrica. Nel settore edile, non incontrerai misurazioni molari, ma con altre - tutto il tempo.

Cosa influenza la capacità termica specifica?

Sai cos'è la capacità termica, ma quali valori influiscono sull'indicatore non è ancora chiaro. Il valore del calore specifico è direttamente influenzato da diverse componenti: la temperatura della sostanza, la pressione e altre caratteristiche termodinamiche.

All'aumentare della temperatura del prodotto, aumenta la sua capacità termica specifica, tuttavia alcune sostanze differiscono in una curva completamente non lineare in questa dipendenza. Ad esempio, con un aumento degli indicatori di temperatura da zero a trentasette gradi, la capacità termica specifica dell'acqua inizia a diminuire e se il limite è compreso tra trentasette e cento gradi, l'indicatore, al contrario, lo farà aumentare.

Vale la pena notare che il parametro dipende anche da come possono cambiare le caratteristiche termodinamiche del prodotto (pressione, volume e così via). Ad esempio, il calore specifico a pressione stabile ea volume stabile sarà diverso.

Come calcolare il parametro?

Sei interessato a qual è la capacità termica? La formula di calcolo è la seguente: C \u003d Q / (m ΔT). Quali sono questi valori? Q è la quantità di calore che il prodotto riceve quando viene riscaldato (o rilasciato dal prodotto durante il raffreddamento). m è la massa del prodotto e ΔT è la differenza tra la temperatura finale e quella iniziale del prodotto. Di seguito è riportata una tabella della capacità termica di alcuni materiali.

Cosa si può dire del calcolo della capacità termica?

Calcolare la capacità termica non è un compito facile, soprattutto se si utilizzano solo metodi termodinamici, è impossibile farlo in modo più preciso. Pertanto, i fisici utilizzano i metodi della fisica statistica o la conoscenza della microstruttura dei prodotti. Come calcolare per il gas? La capacità termica di un gas è calcolata dal calcolo dell'energia media del moto termico delle singole molecole in una sostanza. I movimenti delle molecole possono essere di tipo traslazionale e rotazionale, e all'interno di una molecola può esserci un intero atomo o vibrazione di atomi. La statistica classica dice che per ogni grado di libertà dei movimenti di rotazione e traslazione esiste un valore molare, che è pari a R / 2, e per ogni grado di libertà vibrazionale, il valore è pari a R. Questa regola è anche chiamata legge di equipartizione.

In questo caso, una particella di un gas monoatomico differisce di soli tre gradi di libertà traslazionali, e quindi la sua capacità termica dovrebbe essere pari a 3R/2, che è in ottimo accordo con l'esperimento. Ogni molecola di gas biatomico ha tre gradi di libertà traslazionali, due rotazionali e uno vibrazionale, il che significa che la legge di equipartizione sarà 7R/2 e l'esperienza ha dimostrato che la capacità termica di una mole di un gas biatomico a temperatura ordinaria è 5R/ 2. Perché c'era una tale discrepanza in teoria? Ciò è dovuto al fatto che quando si stabilisce la capacità termica, sarà necessario tenerne conto effetti quantistici in altre parole, usa la statistica quantistica. Come puoi vedere, la capacità termica è un concetto piuttosto complicato.

La meccanica quantistica dice che qualsiasi sistema di particelle che oscillano o ruotano, inclusa una molecola di gas, può avere determinati valori energetici discreti. Se l'energia del moto termico in sistema installatoè insufficiente per eccitare oscillazioni della frequenza richiesta, quindi queste oscillazioni non contribuiscono alla capacità termica del sistema.

Nei solidi moto termico atomi è un'oscillazione debole vicino a determinate posizioni di equilibrio, questo vale per i nodi reticolo cristallino. Un atomo ha tre gradi di libertà vibrazionali e, secondo la legge, la capacità termica molare corpo solido equivale a 3nR, dove n è il numero di atomi presenti nella molecola. In pratica questo valore è il limite a cui tende la capacità termica del corpo alle alte temperature. Il valore si ottiene con normali variazioni di temperatura in molti elementi, questo vale sia per i metalli che per i composti semplici. Viene inoltre determinata la capacità termica del piombo e di altre sostanze.

Cosa si può dire delle basse temperature?

Sappiamo già cos'è la capacità termica, ma se ne parliamo basse temperature, allora come verrà calcolato il valore? Se parliamo di indicatori di bassa temperatura, allora la capacità termica di un corpo solido risulta essere proporzionale T 3 o la cosiddetta legge di Debye della capacità termica. Il criterio principale per distinguere alte prestazioni temperature da basse, è confronto ordinario loro con un parametro caratteristico di una particolare sostanza - questa può essere la caratteristica o la temperatura di Debye q D . Il valore presentato è impostato dallo spettro di vibrazione degli atomi nel prodotto e dipende in modo significativo dalla struttura cristallina.

Nei metalli, gli elettroni di conduzione danno un certo contributo alla capacità termica. Questa parte della capacità termica viene calcolata utilizzando la statistica di Fermi-Dirac, che tiene conto degli elettroni. La capacità termica elettronica di un metallo, che è proporzionale alla capacità termica abituale, è un valore relativamente piccolo e contribuisce alla capacità termica del metallo solo a temperature prossime allo zero assoluto. Quindi la capacità termica del reticolo diventa molto piccola e può essere trascurata.

Capacità termica di massa

La capacità termica specifica di massa è la quantità di calore che deve essere portata a una massa unitaria di una sostanza per riscaldare il prodotto per unità di temperatura. Questo valore è indicato dalla lettera C e si misura in joule divisi per un chilogrammo per kelvin - J / (kg K). Questo è tutto ciò che riguarda la capacità termica della massa.

Che cos'è la capacità termica volumetrica?

La capacità termica volumetrica è una certa quantità di calore che deve essere portata a un volume unitario di produzione per riscaldarla per unità di temperatura. Questo indicatore è misurato in joule divisi per metro cubo per kelvin o J / (m³ K). In molti libri di riferimento sull'edilizia, viene considerata la capacità termica specifica di massa nel lavoro.

Applicazione pratica della capacità termica nel settore edile

Molti materiali ad alta intensità di calore vengono utilizzati attivamente nella costruzione di pareti resistenti al calore. Questo è estremamente importante per le case caratterizzate dal riscaldamento periodico. Ad esempio, forno. I prodotti ad alta intensità di calore e le pareti costruite da essi accumulano perfettamente il calore, lo accumulano durante i periodi di riscaldamento e rilasciano gradualmente calore dopo lo spegnimento del sistema, consentendo così di mantenere una temperatura accettabile per tutto il giorno.

Quindi, più calore viene immagazzinato nella struttura, più confortevole e stabile sarà la temperatura negli ambienti.

Va notato che i normali mattoni e cemento utilizzati nell'edilizia abitativa hanno una capacità termica significativamente inferiore rispetto al polistirene espanso. Se prendiamo l'ecowool, consuma tre volte più calore del cemento. Va notato che nella formula per il calcolo della capacità termica non è vano che ci sia massa. A causa della grande massa enorme di cemento o mattoni, rispetto all'ecowool, consente di accumulare enormi quantità di calore nelle pareti in pietra delle strutture e di attenuare tutte le fluttuazioni di temperatura quotidiane. Solo una piccola massa di isolamento in tutto case a telaio, nonostante la sua buona capacità termica, è la zona più debole per tutte tecnologie del telaio. Risolvere questo problema, in tutte le case sono installati imponenti accumulatori di calore. Cos'è? Si tratta di parti strutturali caratterizzate da una grande massa con un indice di capacità termica abbastanza buono.

Esempi di accumulatori di calore nella vita

Cosa potrebbe essere? Ad esempio, alcuni interni muri di mattoni, una grande stufa o camino, massetti in cemento.

I mobili in ogni casa o appartamento sono un eccellente accumulatore di calore, perché compensato, truciolare e legno possono effettivamente immagazzinare calore solo per chilogrammo di peso tre volte di più del famigerato mattone.

Ci sono degli svantaggi nell'accumulo termico? Naturalmente, il principale svantaggio di questo approccio è che l'accumulatore di calore deve essere progettato nella fase di creazione di un layout. casa di legno. Tutto a causa del fatto che è molto pesante, e questo dovrà essere preso in considerazione durante la creazione delle fondamenta, quindi immagina come questo oggetto verrà integrato all'interno. Vale la pena dire che è necessario tenere conto non solo della massa, sarà necessario valutare entrambe le caratteristiche nel lavoro: massa e capacità termica. Ad esempio, se si utilizza l'oro con un peso incredibile di venti tonnellate per metro cubo come accumulo di calore, il prodotto funzionerà come dovrebbe solo il ventitré per cento meglio di un cubo di cemento, che pesa due tonnellate e mezzo.

Quale sostanza è più adatta per un accumulo di calore?

miglior prodotto perché un accumulatore di calore non è affatto cemento e mattoni! Rame, bronzo e ferro fanno un buon lavoro, ma sono molto pesanti. Stranamente, ma il miglior accumulatore di calore è l'acqua! Il liquido ha una capacità termica impressionante, la più grande tra le sostanze a nostra disposizione. Solo i gas elio (5190 J / (kg K) e l'idrogeno (14300 J / (kg K)) hanno una capacità termica maggiore, ma sono problematici da applicare nella pratica. Se lo desideri e hai bisogno, consulta la tabella delle capacità termiche delle sostanze hai bisogno.

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Libri

• Fondamenti fisici e geologici per lo studio del movimento dell'acqua in orizzonti profondi, Trushkin V.V. In generale, il libro è dedicato alla legge di autoregolazione della temperatura dell'acqua con un corpo ospite, scoperta dall'autore nel 1991. All'inizio del libro, una rassegna dello stato di conoscenza del problema del movimento di profondità ...

Fisica e fenomeni termici è una sezione piuttosto ampia, che viene approfonditamente studiata nel corso della scuola. Non ultimo posto in questa teoria è dato a quantità specifiche. Il primo di questi è la capacità termica specifica.

Tuttavia, all'interpretazione della parola "specifico" di solito viene prestata insufficiente attenzione. Gli studenti semplicemente lo memorizzano come un dato di fatto. E cosa significa?

Se guardi nel dizionario di Ozhegov, puoi leggere che tale valore è definito come un rapporto. Inoltre, può essere eseguito per massa, volume o energia. Tutte queste quantità devono essere prese uguale a uno. La relazione con ciò che è dato nella capacità termica specifica?

Al prodotto di massa e temperatura. Inoltre, i loro valori devono necessariamente essere uguali a uno. Cioè, il divisore conterrà il numero 1, ma la sua dimensione combinerà chilogrammo e grado Celsius. Questo deve essere tenuto in considerazione quando si formula la definizione di capacità termica specifica, che viene data un po' più in basso. C'è anche una formula da cui si può vedere che queste due quantità sono al denominatore.

Cos'è?

La capacità termica specifica di una sostanza viene introdotta nel momento in cui si considera la situazione con il suo riscaldamento. Senza di essa, è impossibile sapere quanto calore (o energia) dovrà essere speso per questo processo. E calcola anche il suo valore quando il corpo si è raffreddato. A proposito, queste due quantità di calore sono uguali tra loro in modulo. Ma hanno segni diversi. Quindi, nel primo caso, è positivo, perché l'energia va spesa e viene trasferita al corpo. La seconda situazione di raffreddamento dà un numero negativo perché il calore viene rilasciato e Energia interna il corpo è ridotto.

Questo è indicato quantità fisica Lettera latina c. È definito come una certa quantità di calore richiesta per riscaldare di un grado un chilogrammo di una sostanza. Nel corso di fisica scolastica, questo grado è quello preso sulla scala Celsius.

Come contarlo?

Se vuoi sapere qual è la capacità termica specifica, la formula è simile a questa:

c \u003d Q / (m * (t 2 - t 1)), dove Q è la quantità di calore, m è la massa della sostanza, t 2 è la temperatura che il corpo ha acquisito a seguito del trasferimento di calore, t 1 è la temperatura iniziale della sostanza. Questa è la formula #1.

Sulla base di questa formula, l'unità di misura di questa quantità in sistema internazionale le unità (SI) risultano essere J / (kg * ºС).

Come trovare altre quantità da questa equazione?

Innanzitutto, la quantità di calore. La formula sarà simile a questa: Q \u003d c * m * (t 2 - t 1). Solo in esso è necessario sostituire i valori in unità comprese nel SI. Cioè, la massa è in chilogrammi, la temperatura è in gradi Celsius. Questa è la formula n. 2.

In secondo luogo, la massa di una sostanza che si raffredda o si riscalda. La formula sarà: m \u003d Q / (c * (t 2 - t 1)). Questa è la formula numero 3.

In terzo luogo, la variazione di temperatura Δt \u003d t 2 - t 1 \u003d (Q / c * m). Il segno "Δ" viene letto come "delta" e denota una variazione di magnitudo, in questo caso la temperatura. Formula numero 4.

In quarto luogo, le temperature iniziali e finali della sostanza. Le formule valide per riscaldare una sostanza sono così: t 1 \u003d t 2 - (Q / c * m), t 2 \u003d t 1 + (Q / c * m). Queste formule hanno i numeri 5 e 6. Se nel problema in questione sul raffreddamento di una sostanza, le formule sono: t 1 \u003d t 2 + (Q / c * m), t 2 \u003d t 1 - (Q / c * m). Queste formule hanno i numeri 7 e 8.

Che significati può avere?

È stato stabilito sperimentalmente quali valori ha per ogni specifica sostanza. Pertanto, è stata creata una tabella speciale delle capacità termiche specifiche. Molto spesso, fornisce dati validi in condizioni normali.

Qual è il lavoro di laboratorio sulla misurazione del calore specifico?

In un corso di fisica scolastica, è determinato per un corpo solido. Inoltre, la sua capacità termica è calcolata confrontandola con quella nota. Il modo più semplice per farlo è con l'acqua.

Nel processo di esecuzione del lavoro, è necessario misurare le temperature iniziali dell'acqua e del solido riscaldato. Quindi abbassarlo nel liquido e attendere l'equilibrio termico. L'intero esperimento viene eseguito in un calorimetro, quindi le perdite di energia possono essere trascurate.

Quindi è necessario annotare la formula per la quantità di calore che l'acqua riceve quando viene riscaldata da un corpo solido. La seconda espressione descrive l'energia che il corpo sprigiona quando si raffredda. Questi due valori sono uguali. Con calcoli matematici, resta da determinare la capacità termica specifica della sostanza che costituisce il solido.

Molto spesso, si propone di confrontarlo con valori tabulari per cercare di indovinare di quale sostanza è fatto il corpo oggetto di studio.

Compito #1

Condizione. La temperatura del metallo varia da 20 a 24 gradi Celsius. Allo stesso tempo, la sua energia interna è aumentata di 152 J. Qual è la capacità termica specifica del metallo se la sua massa è di 100 grammi?

Decisione. Per trovare la risposta, dovrai utilizzare la formula scritta sotto il numero 1. Ci sono tutte le quantità necessarie per i calcoli. Solo prima devi convertire la massa in chilogrammi, altrimenti la risposta sarà sbagliata. Perché tutte le quantità devono essere quelle accettate in SI.

Ci sono 1000 grammi in un chilogrammo. Quindi, 100 grammi devono essere divisi per 1000, ottieni 0,1 chilogrammi.

La sostituzione di tutti i valori fornisce la seguente espressione: c \u003d 152 / (0,1 * (24 - 20)). I calcoli non sono particolarmente difficili. Il risultato di tutte le azioni è il numero 380.

Risposta: c \u003d 380 J / (kg * ºС).

Compito #2

Condizione. Determinare la temperatura finale alla quale l'acqua con un volume di 5 litri si raffredderà se è stata portata a 100 ºС e rilasciato 1680 kJ di calore nell'ambiente.

Decisione. Vale la pena iniziare con il fatto che l'energia è data in un'unità non sistemica. I kilojoule devono essere convertiti in joule: 1680 kJ = 1680000 J.

Per trovare la risposta, è necessario utilizzare la formula numero 8. Tuttavia, la massa appare in essa ed è sconosciuta nel problema. Ma dato il volume del liquido. Quindi, puoi usare la formula nota come m \u003d ρ * V. La densità dell'acqua è 1000 kg / m 3. Ma qui il volume dovrà essere sostituito metri cubi. Per convertirli da litri, è necessario dividerli per 1000. Pertanto, il volume dell'acqua è 0,005 m 3.

Sostituendo i valori nella formula della massa si ottiene la seguente espressione: 1000 * 0,005 = 5 kg. Dovrai guardare la capacità termica specifica nella tabella. Ora puoi passare alla formula 8: t 2 \u003d 100 + (1680000 / 4200 * 5).

La prima azione dovrebbe eseguire la moltiplicazione: 4200 * 5. Il risultato è 21000. La seconda è la divisione. 1680000: 21000 = 80. Ultima sottrazione: 100 - 80 = 20.

Risposta. t 2 \u003d 20 ºС.

Compito #3

Condizione. C'è un becher chimico con una massa di 100 g in cui vengono versati 50 g di acqua. La temperatura iniziale dell'acqua con un bicchiere è di 0 gradi Celsius. Quanto calore è necessario per portare ad ebollizione l'acqua?

Decisione. Dovresti iniziare introducendo una notazione adatta. Lascia che i dati relativi al vetro abbiano indice 1 e per l'acqua - indice 2. Nella tabella è necessario trovare le capacità termiche specifiche. Il becher chimico è fatto di vetro da laboratorio, quindi il suo valore c 1 = 840 J / (kg * ºС). I dati per l'acqua sono i seguenti: s 2 \u003d 4200 J / (kg * ºС).

Le loro masse sono espresse in grammi. Devi convertirli in chilogrammi. Le masse di queste sostanze saranno designate come segue: m 1 \u003d 0,1 kg, m 2 \u003d 0,05 kg.

Viene data la temperatura iniziale: t 1 \u003d 0 ºС. Si sa del finale che corrisponde a quello in cui l'acqua bolle. Questo è t 2 \u003d 100 ºС.

Poiché il vetro viene riscaldato insieme all'acqua, la quantità di calore desiderata sarà la somma dei due. Il primo, che serve per scaldare il bicchiere (Q 1), e il secondo, che va a scaldare l'acqua (Q 2). Per esprimerli è necessaria una seconda formula. Deve essere scritto due volte con indici diversi, quindi si deve sommare la loro somma.

Si scopre che Q \u003d c 1 * m 1 * (t 2 - t 1) + c 2 * m 2 * (t 2 - t 1). Il fattore comune (t 2 - t 1) può essere tolto dalla parentesi per rendere più comodo il conteggio. Quindi la formula che sarà richiesta per calcolare la quantità di calore assumerà la forma seguente: Q \u003d (c 1 * m 1 + c 2 * m 2) * (t 2 - t 1). Ora puoi sostituire i valori noti nel problema e calcolare il risultato.

Q \u003d (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 - 0) \u003d (84 + 210) * 100 \u003d 294 * 100 \u003d 29400 (J).

Risposta. Q = 29400 J = 29,4 kJ.