Определение удельной теплоемкости

Эвелин Мейти Марин
Инженер-технолог, магистр физики и EdD

Удельная теплоемкость (с) определяется как количество энергии, необходимое для увеличения температуры единицы массы вещества на единицу температуры. Ее также называют теплоемкостью или удельной теплоемкостью.

Это физическая величина, зависящая от состояния вещества, поскольку удельная теплоемкость вещества в жидком состоянии не такая, как у того же вещества в газообразном состоянии. Точно так же давление и температурные условия, при которых находится материал, влияют на его удельную теплоемкость. По сути, это интенсивное свойство материи, которое относится к теплоемкости вещества, так как он обеспечивает значение термической чувствительности материала к добавлению энергия.

Вы знали…? Термин «удельная теплоемкость» возник в то время, когда разделы механической физики и термодинамики развивались почти независимо друг от друга; однако в настоящее время более подходящим термином для удельной теплоемкости был бы перенос удельной энергии.

Если горячий кофе одинаковой температуры налить в два стакана: один из пенополистирола (аниме), а другой из алюминия, и взять оба стакана в руки, то будет восприниматься, что стакан Алюминий кажется более горячим, чем пенополистирол, а это означает, что к чашке из пенопласта нужно добавить больше тепла, чтобы ее температура увеличилась, как и в чашке из пенопласта. алюминий.

формула удельной теплоемкости

Если Q — количество энергии, которой обменивается вещество массы m с окружающей его средой, вызывая изменение температуры ΔT (Tf — Ti), имеем:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

где с - удельная теплоемкость.

Из этого выражения можно сделать вывод, что единицы удельной теплоемкости будут:

• В Международной системе удельная теплоемкость c = (Дж/кг. К)
• В английской системе c = (БТЕ/фунт-м.ºF)
• В других системах также принято выражать c = (Cal/g.ºC)

С другой стороны, также можно заметить, что чем выше удельная теплоемкость вещества, тем меньше изменение его температуры при данном количестве подведенной энергии. По этой причине, если вам нужен материал, который легко нагревается, вам следует выбрать материал с низкой удельной теплоемкостью.

Примечание: важно уточнить, что удельная теплоемкость относится к количеству энергии, повысить температуру, так как теплота является особой формой передачи энергии, но не только. Например, вы можете увеличить температуру вещества, совершив над ним механическую работу.

Примеры удельной теплоемкости материалов

В контролируемых лабораторных условиях удалось определить удельную теплоемкость самых разнообразных вещества, что позволяет сравнивать и выбирать материалы в соответствии с применением особый. В следующей таблице приведен пример удельной теплоемкости некоторых материалов (при атмосферном давлении и 25 ºC):
Вещество с (Дж/кг. К) в (Кал/г. ºС)
Вода (15ºC) 4186 1
Этиловый спирт 2438 0,582
Песок 780 0,186
Медь 385 0,091
Лед (-10 ºC) 2220 0,530
Кислород 918 0,219
Перекись водорода (H2O2) 2619 0,625
Стекло 792 0,189
Алюминий 897 0,214
Древесина 170 0,406
Оливковое масло 1675 0,400
Кирпич огнеупорный 879 0,210

Примечание: как видно, вода является одним из веществ с наибольшей удельной теплоемкостью, что еще раз подтверждает важность этой жидкости для регулирования температуры нашей планеты.

Пример 1: Сколько энергии необходимо передать воде массой 2 кг, чтобы повысить ее температуру с 15 ºC до 90 ºC?

Решение: Из предыдущей таблицы можно получить, что удельная теплоемкость чистой воды составляет 1 кал/г.ºC, так что из этого значения и предоставленных данных можно очистить энергию Q:

Количество тепла равно:

Q = с ∙ м ∙ ∆T

Это означает, что для повышения температуры 2 кг воды (2000 г) с 15ºC до 90ºC требуется 150 000 калорий.

Пример 2: Какой будет конечная температура алюминиевого бруска массой 1 кг, нагретого в горелке Бунзена с температуры 25 ºC с применением энергии 4000 Дж?

Решение: Из таблицы удельных теплоемкостей можно взять значение этой переменной для алюминия, где с = 897 Дж/кг. К.

В случае температуры 25 ºC преобразуются в абсолютную шкалу Кельвина путем добавления 273,15 единиц, так что начальная температура полосы составляет 298,15 К.

Вычищая конечную температуру из выражения для удельной теплоемкости, имеем:

\({T_f} = \frac{Q}{{c \cdot m}} + {T_i} = \frac{{4000\;J}}{{\left( {897\;J/kg \cdot K} \справа)\слева( {1\;кг} \справа)}} + 298,15\;К = 302,61\;К\)

Конечная температура алюминиевого стержня составит 302,61 К или 29,46 ºC.

Примечание: знание и интерпретация удельной теплоемкости веществ очень полезны, когда вы хотите выбрать наиболее подходящий материал для определенного использования. Например, в автомобильной механике многие компоненты, из которых состоят механизмы автомобиля, будет подвергаться воздействию высоких температур, поэтому желательно, чтобы при нагреве материал не утомлялся при простота.