Конвертер довжини та відстані Конвертер маси Конвертер мір об'єму сипких продуктів та продуктів харчування Конвертер площі Конвертер об'єму та одиниць вимірювання кулінарних рецептівКонвертер температури Конвертер тиску, механічної напруги, модуля Юнга Конвертер енергії та роботи Конвертер потужності Конвертер сили Конвертер часу Конвертер лінійної швидкості Плоский кут Конвертер теплової ефективності та паливної економічності Конвертер чисел в різних системахобчислення Конвертер одиниць вимірювання кількості інформації Курси валют жіночого одягуі взуття Розміри чоловічого одягу та взуття Конвертер кутової швидкості та частоти обертання Конвертер прискорення Конвертер кутового прискорення Конвертер щільності Конвертер питомого об'єму Конвертер моменту інерції Конвертер моменту сили Конвертер крутного моменту Конвертер питомої теплоти згорання (за масою) обсягу) Конвертер різниці температур Конвертер коефіцієнта теплового розширення Конвертер термічного опору Конвертер питомої теплопровідності Конвертер питомої теплоємності Конвертер енергетичної експозиції та потужності теплового випромінювання Конвертер щільності теплового потокуКонвертер коефіцієнта тепловіддачі Конвертер об'ємної витрати Конвертер масової витратиКонвертер молярної витрати Конвертер щільності потоку маси Конвертер молярної концентрації Конвертер масової концентрації в розчині Конвертер динамічної (абсолютної) в'язкості Конвертер кінематичної в'язкості Конвертер поверхневого натягу Конвертер паропроникності Конвертер звуку звукового тиску з можливістю вибору опорного тиску Конвертер яскравості Конвертер сили світла Конвертер освітленості Конвертер роздільної здатності в комп'ютерній графіці Конвертер частоти та довжини хвилі Оптична сила в діоптріях та фокусна відстаньОптична сила в діоптріях та збільшення лінзи (×) Конвертер електричного зарядуКонвертер лінійної щільності заряду Конвертер поверхневої щільностізаряду Конвертер об'ємної щільності заряду Конвертер електричного струмуКонвертер лінійної щільності струму Конвертер поверхневої щільності струму Конвертер напруженості електричного поляКонвертер електростатичного потенціалу та напруги Конвертер електричного опоруКонвертер питомого електричного опору Конвертер електричної провідностіКонвертер питомої електричної провідності Електрична ємність Конвертер індуктивності Конвертер Американського калібру проводів Рівні в dBm (дБм або дБмВт), dBV (дБВ), ватах та ін одиницях Конвертер магніторушійної сили магнітного поляКонвертер магнітного потокуКонвертер магнітної індукції Радіація. Конвертер потужності поглиненої дози іонізуючого випромінювання Радіоактивність. Конвертер радіоактивного розпаду Радіація. Конвертер експозиційної дози. Конвертер поглиненої дози Конвертер десяткових приставок Передача даних Конвертер одиниць типографіки та обробки зображень Конвертер одиниць вимірювання об'єму лісоматеріалів Обчислення молярної маси Періодична система хімічних елементівД. І. Менделєєва

Вихідна величина

Перетворена величина

джоуль на кілограм на кельвін джоуль на кілограм на °C джоуль на грам на °C кілоджоуль на кілограм на кельвін кілоджоуль на кілограм на °C калорія (між.) на грам на °C калорія (між.) на грам на °F калорія ( терм.) на грам на °C кілокалорія (між.) на кг на °C калорія (терм.) на кг на °C кілокалорія (між.) на кг на кельвін кілокалорія (терм.) на кг на кельвін кгс-метр на кілограм на кельвін фунт-сила фут на фунт на °Ранкіна BTU (між.) на фунт на °F BTU (терм.) на фунт на °F BTU (між.) на фунт на °Ранкіна BTU (терм.) на фунт на °Ранкіна BTU (між.) на фунт на °C стоградусна тепло. од. на фунт на °C

Докладніше про питому теплоємність

Загальні відомості

Молекули рухаються під впливом тепла – цей рух називається молекулярною дифузією. Чим вище температура речовини, тим швидше молекули рухаються і тим інтенсивніше відбувається дифузія. На рух молекул впливає як температура, а й тиск, в'язкість речовини та її концентрація, опір дифузії, відстань, яке проходять молекули за її переміщеннях, та його маса. Наприклад, якщо порівняти як відбувається процес дифузії у воді та меді, коли всі інші змінні, крім в'язкості, рівні, то очевидно, що молекули у воді рухаються і дифундують швидше, ніж у меді, так як у меду більш висока в'язкість.

Для руху молекулам необхідна енергія, і що швидше вони рухаються, то більше енергії їм потрібно. Тепло - один із видів енергії, що використовується в цьому випадку. Тобто якщо підтримувати в речовині певну температуру, то молекули будуть рухатися, а якщо температуру збільшити, то й рух прискориться. Енергію у формі тепла одержують, спалюючи паливо, наприклад природний газ, вугілля, або деревини. Якщо нагріти кілька речовин, використовуючи однакову кількість енергії, деякі речовини, швидше за все, будуть нагріватися швидше, ніж інші, через більш інтенсивної дифузії. Теплоємність і питома теплоємність описують саме ці властивості речовин.

Питома теплоємністьвизначає скільки енергії (тобто тепла) потрібно, щоб змінити температуру тіла або речовини певної маси на певну величину. Ця властивість відрізняється від теплоємності, яка визначає кількість енергії, необхідної для зміни температури всього тіла або речовини на певну температуру. У обчисленнях теплоємності, на відміну питомої теплоємності, не враховують масу. Теплоємність та питому теплоємність обчислюють тільки для речовин і тіл у стійкому агрегатному стані, наприклад, для твердих тіл. У статті розглядаються обидва ці поняття, оскільки вони взаємопов'язані.

Теплоємність та питома теплоємність матеріалів та речовин

Метали

У металів дуже міцна молекулярна структура, тому що відстань між молекулами в металах та інших твердих тілах набагато менша, ніж у рідинах та газах. Завдяки цьому молекули можуть рухатися тільки на дуже маленькі відстані, і, відповідно, щоб змусити їх рухатися з більшою швидкістю необхідно набагато менше енергії, ніж для молекул рідин і газів. Завдяки цій властивості, їхня питома теплоємність мала. Це означає, що підняти температуру металу дуже легко.

Вода

З іншого боку, у води дуже висока питома теплоємність навіть у порівнянні з іншими рідинами, тому потрібно набагато більше енергії, щоб нагріти одну одиницю маси води на один градус, порівняно з речовинами, питома теплоємність яких нижче. Вода має високу теплоємність завдяки міцним зв'язкам між атомами водню у молекулі води.

Вода - одна з головних складових всіх живих організмів і рослин на Землі, тому її питома теплоємність відіграє велику роль для життя на нашій планеті. Завдяки високій питомій теплоємності води, температура рідини в рослинах і температура порожнинної рідини в організмі тварин мало змінюється навіть у дуже холодні або дуже спекотні дні.

Вода забезпечує систему підтримки теплового режиму як у тварин та рослин, так і на поверхні Землі загалом. Величезна частина нашої планети вкрита водою, тому саме вода грає велику роль у регулюванні погоди та клімату. Навіть за велику кількістьтепла, що надходить внаслідок впливу сонячного випромінювання на поверхню Землі, температура води в океанах, морях та інших водоймах збільшується поступово, та навколишня температуратеж змінюється повільно. З іншого боку, вплив на температуру інтенсивності тепла від сонячного випромінювання велике на планетах, де немає великих поверхонь, покритих водою, таких як Земля, або в районах Землі, де мало води. Це особливо помітно, якщо подивитися на різницю денних та нічних температур. Так, наприклад, поблизу океану різниця між денною та нічною температурами невелика, але у пустелі вона величезна.

Висока теплоємність води також означає, що вода не лише повільно нагрівається, а й повільно остигає. Завдяки цій властивості воду часто використовують як холодоагент, тобто як охолодну рідину. До того ж, використовувати воду вигідно завдяки низькій ціні. У країнах із холодним кліматом гаряча водациркулює у трубах для обігріву. У суміші з етиленгліколем її використовують у радіаторах автомобілів для охолодження двигуна. Такі рідини називають антифризом. Теплоємність етиленгліколю нижча, ніж теплоємність води, тому теплоємність такої суміші теж нижча, а значить ефективність системи охолодження з антифризом також нижча, ніж системи з водою. Але з цим доводиться миритися, тому що етиленгліколь не дає воді замерзнути взимку та пошкодити канали системи охолодження автомобіля. У охолодні рідини, призначені для холоднішого клімату, додають більше етиленгліколю.

Теплоємність у повсякденному житті

За інших рівних умов теплоємність матеріалів визначає, як швидко вони нагріваються. Що теплоємність, то більше енергії необхідно, щоб нагріти цей матеріал. Тобто якщо два матеріали з різною теплоємністю нагрівати однаковою кількістю тепла і в однакових умовах, то речовина з меншою теплоємністю буде швидше нагріватися. Матеріали з високою теплоємністю, навпаки, нагріваються і віддають тепло назад навколишнє середовищеповільніше.

Кухонне приладдя та посуд

Найчастіше ми вибираємо матеріали для посуду та кухонного приладдя, ґрунтуючись на їх теплоємності. Це в основному стосується предметів, які безпосередньо контактують з теплом, наприклад каструль, тарілок, форм для випікання та іншого аналогічного посуду. Наприклад, для каструль та сковорідок краще використовувати матеріали з низькою теплоємністю, наприклад метали. Це допомагає теплу легше та швидше передаватися від нагрівача через каструлю до продуктів харчування та прискорює процес приготування їжі.

З іншого боку, так як матеріали з високою теплоємністю довго тримають тепло, їх добре використовувати для ізоляції, тобто коли необхідно зберегти тепло продуктів і не дати йому піти в навколишнє середовище або, навпаки, не дати теплу приміщення нагріти охолоджені продукти. Найчастіше такі матеріали використовують для тарілок та чашок, у яких подають гарячу або, навпаки, дуже холодну їжу та напої. Вони допомагають не тільки зберегти температуру продукту, а й не дають людям обпектися. Посуд з кераміки та спіненого полістиролу. гарні прикладивикористання таких матеріалів.

Теплоізолюючі продукти харчування

Залежно від низки факторів, наприклад вмісту води та жиру в продуктах, їх теплоємність та питома теплоємність буває різною. У кулінарії знання про теплоємність продуктів дозволяють використовувати деякі продукти для ізоляції. Якщо теплоізолюючі продукти накрити іншу їжу, то вони допоможуть цій їжі під ними довше зберегти тепло. Якщо у страв під цими теплоізолюючими продуктами висока теплоємність, то вони й так повільно віддають тепло у навколишнє середовище. Після того, як вони добре прогріються, вони втрачають тепло і воду ще повільніше завдяки ізолюючим продуктам зверху. Тому вони довше залишаються гарячими.

Приклад теплоізолюючого продукту – сир, особливо на піці та інших схожих стравах. Поки він не розплавився, він пропускає водяні пари, що дозволяє продуктам під ним швидко охолонути, так як вода, що міститься в них, випаровується і при цьому охолоджує продукти, що містять її. А сир покриває поверхню страви і ізолює продукти під ним. Часто під сиром виявляються продукти з високим вмістом води, наприклад, соуси та овочі. Завдяки цьому вони мають високу теплоємність, і вони довго тримають тепло, особливо тому, що знаходяться під розплавленим сиром, який не випускає назовні водяні пари. Саме тому піца з духовки настільки гаряча, що можна легко обпектися соусом або овочами, навіть коли тісто з обох боків вже охололо. Поверхня піци під сиром довго не остигає, що уможливлює доставку піци додому в добре ізольованій термо-сумці.

У деяких рецептах соуси використовують так само, як і сир для теплоізоляції продуктів під ним. Чим більше змістжиру в соусі, тим краще він ізолює продукти - особливо хороші в цьому випадку соуси, засновані на олії чи вершках. Це знову пов'язано з тим, що жир перешкоджає випаровуванню води і, отже, відбору тепла, необхідного для випаровування.

У кулінарії для термоізоляції іноді використовують також матеріали, не придатні для харчування. Кухарі в країнах Центральної Америки, на Філіппінах, в Індії, Таїланді, В'єтнамі та в багатьох інших країнах часто використовують із цією метою листя банана. Їх можна не лише зібрати в саду, а й купити в магазині чи на ринку – їх навіть імпортують для цих цілей у країни, де не вирощують банани. Іноді з метою ізоляції використовують алюмінієву фольгу. Вона не тільки запобігає випаровуванню води, але й допомагає зберегти тепло всередині за рахунок запобігання теплопередачі у формі випромінювання. Якщо обернути у фольгу крильця та інші виступаючі частини птиці при її запіканні, то фольга не дасть їм перегрітися та згоріти.

Приготування їжі

У продуктів із високим вмістом жиру, наприклад, у сиру, низька теплоємність. Вони сильніше нагріваються за меншої кількості енергії, порівняно з продуктами з високою теплоємністю, і досягають температур, досить високих для того, щоб відбулася реакція Майяра. Реакція Майяра – це хімічна реакція, яка відбувається між цукрами та амінокислотами, і змінює смак і зовнішній виглядпродуктів. Ця реакція важлива в деяких способах приготування їжі, наприклад для випікання хліба та кондитерських виробівз борошна, запікання продуктів у духовці, а також для смаження. Щоб збільшити температуру продуктів до температури, за якої протікає ця реакція, у кулінарії використовують продукти з високим вмістом жиру.

Цукор у кулінарії

Питома теплоємність цукру ще нижча, ніж у жиру. Так як цукор швидко нагрівається до температур вищих, ніж температура кипіння води, робота з ним на кухні вимагає дотримання правил безпеки, особливо під час приготування карамелі або цукерок. Необхідно бути гранично обережним, розплавляючи цукор і не пролити його на незахищену шкіру, оскільки температура цукру досягає 175 ° C (350 ° F) і опік від розплавленого цукру буде дуже серйозним. У деяких випадках необхідно перевірити консистенцію цукру, але цього в жодному разі не можна робити голими руками, якщо цукор нагрітий. Часто люди забувають, як швидко і як сильно цукор може нагрітися, тому й отримують опіки. Залежно від того, навіщо потрібен розплавлений цукор, його консистенцію та температуру можна перевірити, використовуючи холодну воду, як описано нижче.

Властивості цукру та цукрового сиропу змінюються залежно від того, за якої температури його готувати. Гарячий цукровий сироп може бути рідким, як рідкий мед, густим, або десь між рідким і густим. У рецептах цукерок, карамелі та солодких соусів зазвичай вказана не тільки температура, до якої повинен бути нагрітий цукор або сироп, але й стадія твердості цукру, наприклад, стадія «м'якої кулі» або стадія «твердої кулі». Назва кожної стадії відповідає консистенції цукру. Щоб визначити консистенцію, кондитер капає кілька крапель сиропу в крижану воду, охолоджуючи їх. Після цього консистенцію перевіряють на дотик. Так, наприклад, якщо охолоджений сироп загуснув, але не затвердів, а залишається м'яким і з нього можна зліпити кульку, то вважається, що сироп у стадії «м'якої кулі». Якщо форму застиглого сиропу дуже важко, але все ж таки можна змінити руками, то він у стадії «твердої кулі». Кондитери часто використовують харчовий термометр і перевіряють консистенцію цукру вручну.

Харчова безпека

Знаючи теплоємність продуктів, можна визначити, як довго їх потрібно охолоджувати або нагрівати, щоб досягти температури, при якій вони не псуватимуться, і при якій гинуть шкідливі для організму бактерії. Наприклад, щоб досягти певної температури, продукти з більш високою теплоємністю охолоджують або нагрівають довше, ніж продукти з низькою теплоємністю. Тобто, тривалість приготування страви залежить від того, які до неї входять продукти, а також - наскільки швидко з неї випаровується вода. Випаровування важливе, оскільки воно потребує великих витрат енергії. Часто, щоб перевірити, до якої температури нагрілося блюдо чи продукти, використовують харчовий термометр. Особливо зручно використовувати його під час приготування риби, м'яса та птиці.

Мікрохвильові печі

Те, наскільки ефективно нагрівається їжа в мікрохвильовій печі, залежить, крім інших факторів, від питомої теплоємності продуктів. Мікрохвильове випромінювання, що виробляється магнетроном мікрохвильової печі, змушує молекули води, жиру та деяких інших речовин рухатися швидше, внаслідок чого їжа нагрівається. Молекули жиру легко змусити рухатися завдяки їхній низькій теплоємності, і тому жирна їжа нагрівається до більш високих температур, ніж їжа, що містить багато води. Досягнута температура може бути настільки високою, що її достатньо для реакції Майяра. Продукти з високим вмістом води не досягають таких температур через високу теплоємність води, тому реакція Майяра в них не протікає.

Високі температури, яких досягає жир у мікрохвильовій печі, дозволяють отримати смажену скоринку в деяких продуктів, наприклад бекону, але ці температури можуть становити небезпеку при використанні мікрохвильових печей, особливо якщо не дотримуватись правил користування піччю, описаних в інструкції з експлуатації. Наприклад, коли в печі розігрівають або готують страви з жирних продуктів, не слід використовувати пластмасовий посудоскільки навіть посуд для мікрохвильових печей не розрахований на температури, яких досягає жир. Також слід не забувати, що жирна їжа дуже гаряча і є її обережно, щоб не обпектися.

Питома теплоємність матеріалів, що використовуються в побуті

Ви вагаєтесь у перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові допомогти вам. Опублікуйте питання у TCTermsі протягом кількох хвилин ви отримаєте відповідь.

05.04.2019, 01:42

Питома теплоємність

Теплоємність – це кількість теплоти, що поглинається тілом при нагріванні на 1 градус.

Теплоємність тіла позначається великою латинською літерою З.

Від чого залежить теплоємність тіла? Насамперед, від його маси. Ясно, що для нагрівання, наприклад, 1 кілограм води потрібно більше тепла, ніж для нагрівання 200 грамів.

А з роду речовини? Зробимо досвід. Візьмемо дві однакові судини і, наливши в один з них воду масою 400 г, а в іншій - олію масою 400 г, почнемо їх нагрівати за допомогою однакових пальників. Спостерігаючи за показаннями термометрів, ми побачимо, що олія нагрівається швидше. Щоб нагріти воду і масло до однієї температури, воду слід нагрівати довше. Але що довше ми нагріваємо воду, то більшу кількість теплоти вона отримує від пальника.

Таким чином, для нагрівання однієї і тієї ж маси різних речовиндо однакової температури потрібна різна кількість теплоти. Кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла і, отже, його теплоємність залежить від роду речовини, у тому числі складається це тіло.

Так, наприклад, щоб збільшити на 1 °С температуру води масою 1 кг, потрібна кількість теплоти, що дорівнює 4200 Дж, а для нагрівання на 1 °С такої ж маси соняшникової оліїнеобхідно кількість теплоти, що дорівнює 1700 Дж.

Фізична величина, що показує, скільки теплоти потрібно для нагрівання 1 кг речовини на 1 °С, називається питомою теплоємністюцієї речовини.

У кожної речовини своя питома теплоємність, яка позначається латинською літерою с і вимірюється в джоулях на кілограм-градус (Дж/(кг·K)).

Питома теплоємність однієї й тієї ж речовини в різних агрегатних станах (твердому, рідкому та газоподібному) різна. Наприклад, питома теплоємність води дорівнює 4200Дж/(кг·K) , а питома теплоємність льодуДж/(кг·K) ; алюміній у твердому стані має питому теплоємність, рівну 920Дж/(кг·K) , а рідкому - Дж/(кг·K) .

Зауважимо, що вода має дуже велику питому теплоємність. Тому вода в морях та океанах, нагріваючись улітку, поглинає з повітря велику кількість тепла. Завдяки цьому в тих місцях, які розташовані поблизу великих водойм, літо не буває таким спекотним, як у місцях, віддалених від води.

Питома теплоємність твердих речовин

У таблиці наведено середні значення питомої теплоємності речовин в інтервалі температур від 0 до 10 ° С (якщо не вказана інша температура)

Речовина	Питома теплоємність, кДж/(кг·K)
Азот твердий (при t = -250°С)	0,46
Бетон (при t = 20 ° С)	0,88
Папір (при t = 20 ° С)	1,50
Повітря тверде (при t=-193 °С)	2,0
Графіт	0,75
Дерево дуб	2,40
Дерево сосна, ялина	2,70
Кам'яна сіль	0,92
Камінь	0,84
Цегла (при t = 0 ° С)	0,88

Питома теплоємність рідин

Речовина	Температура, °C
Бензин (Б-70)	20	2,05
Вода	1-100	4,19
Гліцерин	0-100	2,43
Гас	0-100	2,09
Масло машинне	0-100	1,67
Олія соняшникова	20	1,76
Мед	20	2,43
Молоко	20	3,94
Нафта	0-100	1,67-2,09
Ртуть	0-300	0,138
Спирт	20	2,47
Ефір	18	3,34

Питома теплоємність металів та сплавів

Речовина	Температура, °C	Питома теплоємність,Дж/(кг·K)
Алюміній	0-200	0,92
Вольфрам	0-1600	0,15
Залізо	0-100	0,46
Залізо	0-500	0,54
Золото	0-500	0,13
Ірідій	0-1000	0,15
Магній	0-500	1,10
Мідь	0-500	0,40
Нікель	0-300	0,50
Олово	0-200	0,23
Платина	0-500	0,14
Свинець	0-300	0,14
Срібло	0-500	0,25
Сталь	50-300	0,50
Цинк	0-300	0,40
Чавун	0-200	0,54

Питома теплоємність розплавлених металів та зріджених сплавів

Речовина	Температура, °C	Питома теплоємність до Дж/(кг·K)
Азот	-200,4	2,01
Алюміній	660-1000	1,09
Водень	-257,4	7,41
Повітря	-193,0	1,97
Гелій	-269,0	4,19
Золото	1065-1300	0,14
Кисень	-200,3	1,63
Натрій	100	1,34
Олово	250	0,25
Свинець	327	0,16
Срібло	960-1300	0,29

Питома теплоємність газів та парів

при нормальному атмосферному тиску

Речовина	Температура, °C	Питома теплоємність до Дж/(кг·K)
Азот	0-200	1,0
Водень	0-200	14,2
Водяна пара	100-500	2,0
Повітря	0-400	1,0
Гелій	0-600	5,2
Кисень	20-440	0,92
Оксид вуглецю(II)	26-200	1,0
Оксид вуглецю(IV)	0-600	1,0
Пари спирту	40-100	1,2
Хлор	13-200	0,50

Теплоємність – це здатність поглинати деякі обсяги тепла під час нагрівання або віддавати за охолодження. Теплоємність тіла - це відношення нескінченно малого числа теплоти, що отримує тіло, до приросту його температурних показників. Розмір вимірюється в Дж/К. Насправді застосовують трохи іншу величину - питому теплоємність.

Визначення

Що означає питома теплоємність? Це величина, що відноситься до одиничної кількості речовини. Відповідно, чисельність речовини можна виміряти в кубометрах, кілограмах або навіть молях. Від чого це залежить? У фізиці теплоємність залежить безпосередньо від того, до якої кількісної одиниці вона відноситься, а значить, розрізняють молярну, масову та об'ємну теплоємність. У будівельній сфері ви не зустрічатиметеся з молярними вимірами, але з іншими - часто-густо.

Що впливає на питому теплоємність?

Що таке теплоємність, ви знаєте, але які значення впливають на показник, ще не ясно. На значення питомої теплоємності безпосередньо впливають кілька компонентів: температура речовини, тиск та інші термодинамічні властивості.

Під час зростання температури продукції його питома теплоємність зростає, проте певні речовини відрізняються абсолютно нелінійною кривою у цій залежності. Наприклад, зі зростанням температурних показників з нуля до тридцяти семи градусів питома теплоємність води починає знижуватися, а якщо межа буде між тридцятьма сімома і ста градусами, то показник, навпаки, зросте.

Варто зазначити, що параметр залежить ще й від того, яким чином дозволяється змінюватися термодинамічні характеристики продукції (тиску, обсягу і так далі). Наприклад, питома теплоємність при стабільному тиску і при стабільному обсязі відрізнятиметься.

Як розрахувати параметр?

Вас цікавить, чому дорівнює теплоємність? Формула розрахунку наступна: C=Q/(m·ΔT). Що це за такі значення? Q - це кількість теплоти, що отримує продукція при нагріванні (або виділяється продукцією під час охолодження). m - маса продукції, а T - різниця остаточної та початкової температур продукції. Нижче наведено таблицю теплоємності деяких матеріалів.

Що можна сказати про обчислення теплоємності?

Обчислити теплоємність – це завдання не з найпростіших, особливо якщо застосовувати виключно термодинамічні методи, точніше це неможливо зробити. Тому фізики застосовують методи статистичної фізики або знання мікроструктури продукції. Як зробити обчислення для газу? Теплоємність газу розраховується з обчислення середньої енергії теплового руху окремо взятих молекул у речовині. Рухи молекул можуть бути поступального та обертального типу, а всередині молекули може бути цілий атом або коливання атомів. Класична статистика каже, що у кожну ступінь свободи обертальних і поступальних рухів посідає мольна величина, що дорівнює R/2, але в кожну коливальну ступінь свободи значення дорівнює R. Це правило ще називають законом равнораспределения.

При цьому частинка одноатомного газу відрізняється лише трьома поступальними ступенями свободи, а тому його теплоємність повинна прирівнюватися до 3R/2, що відмінно узгоджується з досвідом. Кожна молекула двоатомного газу відрізняється трьома поступальними, двома обертальними та одним коливальним ступенями свободи, а значить, закон рівнорозподілу дорівнюватиме 7R/2, а досвід показав, що теплоємність молячи двоатомного газу при звичайній температурі становить 5R/2. Чому виявилося таке розбіжність теорії? Все пов'язано з тим, що при встановленні теплоємності потрібно враховувати різні квантові ефекти, Іншими словами, користуватися квантовою статистикою. Як бачите, теплоємність - це досить складне поняття.

Квантова механіка говорить, що будь-яка система частинок, що здійснюють коливання або обертання, у тому числі і молекула газу, може мати певні дискретні значення енергії. Якщо ж енергія теплового руху встановленою системоюнедостатня для порушення коливань необхідної частоти, дані коливання не вносять вкладу в теплоємність системи.

У твердих тілах тепловий рухатомів є слабкі коливання поблизу певних положень рівноваги, це стосується вузлів кристалічних ґрат. Атом володіє трьома коливальними ступенями свободи і за законом мольна теплоємність твердого тілаприрівнюється до 3nR, де n-кількість наявних атомів у молекулі. Насправді це значення є межею, якого прагне теплоємність тіла за високих температурних показниках. Значення досягається при звичайних температурних змінах багатьох елементів, це стосується металів, а також простих з'єднань. Також визначається теплоємність свинцю та інших речовин.

Що можна сказати про низькі температури?

Ми вже знаємо, що таке теплоємність, але якщо говорити про низьких температурах, як значення буде розраховуватися тоді? Якщо йдеться про низькі температурні показники, то теплоємність твердого тіла тоді виявляється пропорційною. T 3 або так званий закон теплоємності Дебая. Головний критерій, що дозволяє відрізнити високі показникитемператури від низьких, є звичайне порівнянняїх із характерним для певної речовини параметром - це може бути характеристична або температура Дебая q D . Подана величина встановлюється спектром коливання атомів продукції і істотно залежить від кристалічної структури.

У металів певний внесок у теплоємність дають електрони провідності. Ця частина теплоємності обчислюється за допомогою статистики Фермі-Дірака, в якій враховуються електрони. Електронна теплоємність металу пропорційна звичайної теплоємності, є порівняно невеликою величиною, а внесок у теплоємність металу вона вносить тільки при температурних показниках, близьких до абсолютного нуля. Тоді решітка теплоємність стає дуже маленькою, і нею можна знехтувати.

Масова теплоємність

Масова питома теплоємність - це кількість теплоти, яку потрібно піднести до одиниці маси речовини, щоб нагріти препарат на одиницю температури. Позначається дана величина літерою З і вимірюється вона в джоулях, поділених на кілограм на кельвін - Дж/(кг К). Це все, що стосується масової теплоємності.

Що таке об'ємна теплоємність?

Об'ємна теплоємність - це певна кількість теплоти, що потрібно підвести до одиниці обсягу продукції, щоб нагріти її на одиницю температури. Вимірюється цей показник у джоулях, поділених на кубічний метр на кельвін або Дж/(м³·К). Багато будівельних довідниках розглядають саме масову питому теплоємність у роботі.

Застосування на практиці теплоємності у будівельній сфері

Багато теплоємних матеріалів застосовують активно при будівництві теплостійких стін. Це дуже важливо для будинків, що відрізняються періодичним опаленням. Наприклад, пічним. Теплоємні вироби та стіни, зведені з них, чудово акумулюють тепло, запасають його в опалювальні періоди часу та поетапно віддають тепло після вимкнення системи, дозволяючи таким чином підтримувати прийнятну температуру протягом доби.

Отже, чим більше буде запасено тепла в конструкції, тим комфортнішою і стабільнішою буде температура в кімнатах.

Варто відзначити, що звичайна цегла і бетон, що застосовуються в житловому будівництві, мають значно меншу теплоємність, ніж пінополістирол. Якщо купувати ековату, то вона втричі більш теплоємна, ніж бетон. Слід зазначити, що у формулі розрахунку теплоємності зовсім не дарма є маса. Завдяки великій масі бетону або цегли в порівнянні з ековатою дозволяє в кам'яних стінах конструкцій акумулювати величезні обсяги тепла та згладжувати всі добові температурні коливання. Тільки мала маса утеплювача у всіх каркасних будинках, незважаючи на хорошу теплоємність, є найслабшою зоною у всіх каркасних технологій. Для того щоб вирішити цю проблему, у всіх будинках монтують значні теплоакумулятори. Що це таке? Це конструктивні деталі, що відрізняються великою масою за досить хорошого показника теплоємності.

Приклади теплоакумуляторів у житті

Що це може бути? Наприклад, якісь внутрішні цегляні стіни, велика піч або камін, стяжки з бетону.

Меблі в будь-якому будинку або квартирі є чудовим теплоакумулятором, адже фанера, ДСП і дерево практично втричі більше можуть запасатися теплом лише на кілограм ваги, ніж горезвісна цегла.

Чи є недоліки у теплоакумуляторах? Звичайно, головний мінус даного підходу полягає в тому, що теплоакумулятор потрібно проектувати ще на стадії створення макету каркасного будинку. Все через те, що він відрізняється великою вагою, і це потрібно врахувати при створенні фундаменту, а потім уявити, як цей об'єкт буде вбудований в інтер'єр. Варто сказати, що враховувати доведеться не тільки масу, потрібно оцінювати в роботі обидві характеристики: масу та теплоємність. Наприклад, якщо використовувати золото з неймовірною вагою в двадцять тонн на кубометр як теплоакумулятор, то продукція буде функціонувати як слід тільки на двадцять три відсотки краще, ніж бетонний куб, вага якого становить дві з половиною тонни.

Яка речовина найбільше підходить для теплоакумулятора?

Найкращим продуктомдля теплоакумулятора є зовсім не бетон і цегла! Непогано з цим завданням справляється мідь, бронза та залізо, але вони дуже важкі. Як не дивно, але найкращий теплоакумулятор – вода! Рідина має велику теплоємність, найбільшу серед доступних нам речовин. Більше теплоємність тільки у газів гелію (5190 Дж/(кг·К) та водню (14300 Дж/(кг·К)), але їх проблематично застосовувати на практиці. При бажанні та необхідності дивіться таблицю теплоємності потрібних вам речовин.

Кількість енергії, яку необхідно повідомити 1 г будь-якої речовини, щоб підвищити його температуру на 1°С. За визначенням, щоб підвищити температуру 1 г води на 1°С, потрібно 4,18 Дж. Екологічний енциклопедичний словник.… … Екологічний словник

питома теплоємність- - [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006 р.] Тематики енергетика загалом EN specific heatSH …

ПИТОМА ТЕПЛОЄМНІСТЬ- Фіз. величина, що вимірюється кількістю теплоти, необхідною для нагрівання 1 кг речовини на 1 К (див.). Одиниця питомої темплоємності в СІ (див.) на кілограм кельвін (Дж кг∙К) … Велика політехнічна енциклопедія

питома теплоємність- savitoji šiluminė talpa statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. heat capacity per unit mass; massic heat capacity; specific heat capacity vok. Eigenwärme, f; spezifische Wärme, f; spezifische Wärmekapazität, f rus. масова теплоємність, f;… … Fizikos terminų žodynas

Див. Теплоємність … Велика Радянська Енциклопедія

питома теплоємність - питома теплота … Словник хімічних синонімів I

питома теплоємність газу- - Тематики нафтогазова промисловість EN gas specific heat … Довідник технічного перекладача

питома теплоємність нафти- — Тематика нафтогазова промисловість EN oil specific heat … Довідник технічного перекладача

питома теплоємність при постійному тиску- - [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006 р.] Тематики енергетика в цілому EN specific heat at constant pressurecpconstant pressure specific heat … Довідник технічного перекладача

питома теплоємність при постійному обсязі- - [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006] Тематики енергетика в цілому EN specific heat at constant volumeconstant volume specific heatCv … Довідник технічного перекладача

Книжки

• Фізичні та геологічні основи вивчення руху вод у глибоких горизонтах, Трушкін В.В.. Загалом книга присвячена закону авторегулювання температури води з вміщаючим тілом, відкритому автором у 1991 р. На початку книги проведено огляд стану вивченості проблеми руху глибоких…

Фізика та теплові явища - це досить великий розділ, який вивчається у шкільному курсі. Не останнє місцеу цій теорії відводиться питомим величинам. Перша з них – питома теплоємність.

Проте тлумаченню слова «питомий» зазвичай приділяється недостатньо уваги. Учні просто запам'ятовують його як данність. А що воно означає?

Якщо заглянути в словник Ожегова, можна прочитати, що така величина визначається як ставлення. Причому воно може бути виконане до маси, обсягу чи енергії. Всі ці величини обов'язково потрібно брати рівними одиниці. Ставлення до чого задається у питомій теплоємності?

До твору маси та температури. Причому їх значення обов'язково мають бути рівними одиниці. Тобто в дільнику стоятиме число 1, але його розмірність поєднуватиме кілограм і градус Цельсія. Це обов'язково враховується при формулюванні визначення питомої теплоємності, яке дано трохи нижче. Там же є формула, з якої видно, що в знаменнику стоять саме ці дві величини.

Що це таке?

Питома теплоємність речовини вводиться у той час, коли розглядається ситуація з його нагріванням. Без нього неможливо дізнатися, скільки теплоти (або енергії) потрібно витратити на цей процес. Також обчислити її значення при охолодженні тіла. До речі, ці дві кількості теплоти дорівнюють один одному за модулем. Але мають різні знаки. Так, у першому випадку вона позитивна, тому що енергію потрібно витратити і вона передається тілу. Друга ситуація з охолодженням дає негативне число, тому що тепло виділяється, та внутрішня енергіятіла зменшується.

Позначається ця фізична величиналатинською літерою с. Визначається вона як кілька теплоти, необхідне нагрівання одного кілограма речовини однією градус. В курсі шкільної фізики як цей градус виступає той, що береться за шкалою Цельсія.

Як її порахувати?

Якщо потрібно дізнатися, чому дорівнює питома теплоємність, формула виглядає так:

с = Q / (m * (t 2 - t 1)), де Q - кількість теплоти, m - маса речовини, t 2 - температура, яку тіло набуло в результаті теплообміну, t 1 - Початкова температура речовини. Це формула №1.

Виходячи з цієї формули, одиниця виміру цієї величини в міжнародної системиодиниць (СІ) виявляється Дж/(кг*ºС).

Як знайти інші величини з цієї рівності?

По-перше, кількість теплоти. Формула буде виглядати так: Q = з * m * (t 2 - t 1). Тільки в неї необхідно підставляти величини в одиницях, що входять до СІ. Тобто маса в кілограмах, температура у градусах Цельсія. Це формула №2.

По-друге, масу речовини, що остигає або нагрівається. Формула для неї буде такою: m = Q/(c*(t 2 - t 1)). Це формула за №3.

По-третє, зміна температури Δt = t 2 - t 1 = (Q/c*m). Знак «Δ» читається як «дельта» і означає зміну величини, у разі температури. Формула №4.

По-четверте, початкову та кінцеву температури речовини. Формули, справедливі для нагрівання речовини, виглядають таким чином: t 1 = t 2 – (Q/c*m), t 2 = t 1 + (Q/c*m). Ці формули мають № 5 і 6. Якщо завдання йде моваЩодо охолодження речовини, то формули такі: t 1 = t 2 + (Q/c*m), t 2 = t 1 - (Q/c*m). Ці формули мають № 7 та 8.

Які значення вона може мати?

Експериментальним шляхом встановлено, які вона має значення для кожної конкретної речовини. Тому створено спеціальну таблицю питомої теплоємності. Найчастіше в ній дані дані, які справедливі за нормальних умов.

У чому полягає лабораторна робота щодо вимірювання питомої теплоємності?

У шкільному курсі фізики визначають її для твердого тіла. Причому його теплоємність обчислюється завдяки порівнянню із тією, яка відома. Найпростіше це реалізується з водою.

У процесі виконання роботи необхідно виміряти початкові температури води та нагрітого твердого тіла. Потім опустити його в рідину та дочекатися теплової рівноваги. Весь експеримент проводиться в калориметрі, тому втрати енергії можна знехтувати.

Потім потрібно записати формулу кількості теплоти, яку отримує вода під час нагрівання від твердого тіла. Друге вираз описує енергію, яку віддає тіло під час остигання. Ці два значення дорівнюють. Шляхом математичних обчислень залишається визначити питому теплоємність речовини, у тому числі складається тверде тіло.

Найчастіше її пропонується порівняти з табличними значеннями, щоб спробувати вгадати, з якої речовини зроблено тіло, що вивчається.

Завдання №1

Умова.Температура металу змінюється від 20 до 24 градусів за Цельсієм. При цьому його внутрішня енергія збільшилася на 152 Дж. Чому дорівнює питома теплоємність металу, якщо його маса дорівнює 100 г?

Рішення.Для знаходження відповіді потрібно скористатися формулою, записаної під номером 1. Усі величини, необхідні розрахунків, є. Тільки спочатку необхідно перевести масу кілограми, інакше відповідь вийде неправильна. Тому що всі величини повинні бути такими, що прийняті в СІ.

В одному кілограмі 1000 г. Значить, 100 г потрібно розділити на 1000, вийде 0,1 кг.

Підстановка всіх величин дає такий вираз: з = 152/(0,1*(24 - 20)). Обчислення не становлять особливих труднощів. Результатом усіх дій є 380.

Відповідь:с = 380 Дж/(кг * ºС).

Завдання №2

Умова.Визначити кінцеву температуру, до якої вода охолоне об'ємом 5 літрів, якщо вона була взята при 100 ºС і виділила в навколишнє середовище 1680 кДж тепла.

Рішення.Почати варто з того, що енергія дано у несистемній одиниці. Кілоджоулі слід перевести в джоулі: 1680 кДж = 1680000 Дж.

Для пошуку відповіді необхідно скористатися формулою під номером 8. Однак у ній фігурує маса, а завдання вона невідома. Натомість дано обсяг рідини. Отже, можна скористатися формулою, відомою як m = ρ * V. Щільність води дорівнює 1000 кг/м3. Але тут обсяг потрібно підставляти в кубічних метрах. Щоб перевести їх із літрів, необхідно розділити на 1000. Таким чином, об'єм води дорівнює 0,005 м 3 .

Підстановка значень формулу маси дає такий вираз: 1000 * 0,005 = 5 кг. Питому теплоємність потрібно подивитися у таблиці. Тепер можна переходити до формули 8: t 2 = 100+ (1680000/4200*5).

Першим дією потрібно виконати множення: 4200 * 5. Результат дорівнює 21000. Друге - розподіл. 1680000: 21000 = 80. Останнє - віднімання: 100 - 80 = 20.

Відповідь. t 2 = 20 ºС.

Завдання №3

Умова.Є хімічна склянка масою 100 г. У неї налито 50 г води. Початкова температура води зі склянкою дорівнює 0 градусам Цельсія. Яка кількість теплоти потрібна для того, щоб довести воду до кипіння?

Рішення.Почати варто з того, щоб ввести відповідне позначення. Нехай дані, що відносяться до склянки, матимуть індекс 1, а до води – індекс 2. У таблиці необхідно знайти питомі теплоємності. Хімічна склянка зроблена з лабораторного скла, тому його значення з 1 = 840 Дж/(кг * ºС). Дані для води такі: з 2 = 4200 Дж/(кг * ºС).

Їхні маси дано в грамах. Потрібно перевести їх у кілограми. Маси цих речовин будуть позначені так: m1 = 0,1 кг, m2 = 0,05 кг.

Початкова температура дана: t 1 = 0 ºС. Про кінцеву відомо, що вона відповідає тій, за якої вода кипить. Це t2 = 100 ºС.

Оскільки склянка нагрівається разом з водою, то кількість теплоти буде складатися з двох. Першою, яка потрібна для нагрівання скла (Q 1), і другої, що йде на нагрівання води (Q 2). Для їх вираження потрібна друга формула. Її необхідно записати двічі з різними індексами, а потім скласти їхню суму.

Виходить, що Q = з 1 * m 1 * (t 2 - t 1) + з 2 * m 2 * (t 2 - t 1). Загальний множник (t 2 - t 1) можна винести за дужку, щоб було зручніше рахувати. Тоді формула, яка буде потрібна для розрахунку кількості теплоти, набуде такого вигляду: Q = (з 1 * m 1 + з 2 * m 2) * (t 2 - t 1). Тепер можна підставити відомі в задачі величини та порахувати результат.

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

Відповідь. Q = 29 400 Дж = 29,4 кДж.