測定された物質の比熱容量は何ですか? 「熱量

ストーブの上でより早く熱くなるのはどちらだと思いますか: 鍋に 1 リットルの水を入れるか、それとも鍋自体の重さが 1 キログラムか? 体の質量は同じです。加熱は同じ速度で発生すると想定できます。

しかし、それはありませんでした！ 実験を行うことができます - 空の鍋を数秒間火の上に置き、それを燃やさないでください。 そして、鍋の重さとちょうど同じ重さの水を鍋に注ぎます。 理論的には、水は空の鍋と同じ温度まで 2 倍の時間で熱くなるはずです。 この場合それらは両方とも熱くなります-水と鍋の両方。

ただし、3 倍待ったとしても、まだお湯の温度が低いことを確認してください。 水が同じ重さの鍋と同じ温度になるまでには、約 10 倍の時間がかかります。 なぜこうなった？ 水の加熱を止めるものは何ですか？ 調理時に水を加熱するために余分なガスを浪費する必要があるのはなぜですか? あるから 物理量と呼ばれる 比熱物質。

物質の比熱容量

この値は、温度が摂氏 1 度上昇するために、質量 1 キログラムの物体にどれだけの熱が伝達されなければならないかを示しています。 J /（kg * ˚С）で測定されます。 この値は気まぐれではなく、さまざまな物質の特性の違いによって存在します。

水の比熱は鉄の比熱の約10倍なので、鍋は水よりも10倍早く熱くなります。 不思議なことに、氷の比熱は水の半分です。 したがって、氷は水の2倍の速さで熱くなります。 氷を溶かすのは、水を加熱するよりも簡単です。 奇妙に聞こえるかもしれませんが、それは事実です。

熱量の計算

比熱容量は文字で表されます cと 熱量を計算するための式で使用されます。

Q = c*m*(t2 - t1)、

ここで、Q は熱量、
c - 比熱容量、
m - 体重、
t2 と t1 は、それぞれ本体の最終温度と初期温度です。

比熱式: c = Q / m*(t2 - t1)

この式から次のように表すこともできます。

• m = Q / c*(t2-t1) - 体重
• t1 = t2 - (Q / c*m) - 初期体温
• t2 = t1 + (Q / c*m) - 最終体温
• Δt = t2 - t1 = (Q / c*m) - 温度差 (デルタ t)

気体の比熱容量はどうですか？ここではすべてがより混乱しています。 から 固体液体ははるかに簡単です。 それらの比熱容量は一定で、既知の、簡単に計算できる値です。 ガスの比熱容量に関しては、この値は非常に異なります さまざまな状況. 空気を例にとってみましょう。 空気の比熱容量は、組成、湿度、大気圧によって異なります。

同時に、温度が上昇すると、ガスの体積が増加するため、熱容量にも影響を与えるもう1つの値、つまり一定または可変の体積を導入する必要があります。 したがって、空気や他のガスの熱量を計算するときは、さまざまな要因や条件に応じて、ガスの比熱容量の値の特別なグラフが使用されます。

比熱

体の熱容量は大文字で示されます ラテン文字 から。

物体の熱容量を決定するものは何ですか? まずはその質量から。 たとえば、1キログラムの水を加熱すると、200グラムを加熱するよりも多くの熱が必要になることは明らかです。

物質の種類はどうですか？ 実験をしましょう。 2つの同一の容器を取り、そのうちの1つに400 gの水を注ぎ、もう1つに400 gの植物油を注ぎ、同じバーナーを使用してそれらを加熱し始めます。 温度計の測定値を観察すると、オイルがより速く加熱されることがわかります。 水と油を同じ温度に加熱するには、水をより長く加熱する必要があります。 しかし、水を加熱する時間が長ければ長いほど、バーナーからより多くの熱を受け取ります。

したがって、同じ質量を加熱するには 異なる物質同じ温度にする必要があります 異なる金額暖かさ。 物体を加熱するのに必要な熱量とその熱容量は、この物体を構成する物質の種類によって異なります。

したがって、たとえば、質量 1 kg の水の温度を 1 °C 上げるには、4200 J に等しい熱量が必要であり、同じ質量を 1 °C 加熱するには ひまわり油 1700 J に相当する熱量が必要です。

1kgの物質を1℃温めるのに必要な熱量を表す物理量をその物質の比熱といいます。

各物質には独自の比熱容量があり、ラテン文字 c で表され、ジュール/キログラム度 (J / (kg K)) で測定されます。

異なる凝集状態（固体、液体、気体）の同じ物質の比熱容量は異なります。 たとえば、水の比熱容量は 4200 です。 J/(kg・K) 、および氷の比熱容量 J/(kg・K) ; 固体状態のアルミニウムの比熱容量は 920 です。 J /（kg K）、および液体中 - J /（kg K）。

水は非常に高い比熱容量を持っていることに注意してください。 したがって、夏に加熱される海や海の水は、空気から大量の熱を吸収します。 このため、大きな水域の近くにある場所では、夏は水から離れた場所ほど暑くありません。

固体の比熱容量

この表は、0〜10°Cの温度範囲における物質の比熱容量の平均値を示しています（他の温度が示されていない場合）

液体の比熱容量

金属および合金の比熱容量

溶融金属および液化合金の比熱容量

ガスと蒸気の比熱容量

通常の下で 大気圧

水は最も驚くべき物質の 1 つです。 広く分布し、広く使用されているにもかかわらず、それは自然の真の謎です。 酸素化合物の 1 つであるため、水は凍結、気化熱などの特性が非常に低いはずですが、そうではありません。 すべてにもかかわらず、水だけの熱容量は非常に高いです。

水は大量の熱を吸収することができますが、それ自体は実質的に加熱されません - これがその物理的特徴です。 水は砂の約 5 倍、鉄の 10 倍の熱容量を持っています。 したがって、水は自然の冷却剤です。 その蓄積能力 たくさんのエネルギーにより、地球の表面の温度変動を滑らかにし、地球全体の熱体制を調整することができます。これは、時期に関係なく発生します。

水のこのユニークな特性により、産業や家庭で冷却剤として使用することができます。 さらに、水は広く入手可能で比較的安価な原料です。

熱容量 とはどういう意味ですか? 熱力学の過程から知られているように、熱伝達は常に熱い物体から冷たい物体へと発生します。 この場合、一定量の熱の遷移について話しています。両方の体の温度は、状態の特徴であり、この交換の方向を示しています。 水で金属体のプロセスで 等しい質量同じ初期温度で、金属は水の数倍も温度を変化させます。

熱力学の主要な声明を仮定すると、熱交換中に2つの物体（他の物体から分離された）から、一方が放出され、もう一方が同じ量の熱を受け取ります。金属と水は完全に異なる熱を持っていることが明らかになります。容量。

したがって、水（および任意の物質）の熱容量は、特定の物質が単位温度あたりの冷却（加熱）中にいくらかを与える（または受け取る）能力を特徴付ける指標です。

物質の比熱容量は、この物質の単位 (1 キログラム) を 1 度加熱するのに必要な熱量です。

物体が放出または吸収する熱量は、比熱容量、質量、および温度差の積に等しくなります。 それはカロリーで測定されます。 1 カロリーは、1 g の水を 1 度加熱するのに十分な熱量です。 比較のために、空気の比熱は0.24cal/g・℃、アルミニウムは0.22、鉄は0.11、水銀は0.03です。

水の熱容量は一定ではありません。 温度が0度から40度に上昇すると、わずかに減少します（1.0074から0.9980に）が、他のすべての物質では、この特性は加熱中に増加します。 さらに、（深さで）圧力が増加すると減少する可能性があります。

ご存知のように、水には液体、固体 (氷)、気体 (蒸気) の 3 つの凝集状態があります。 同時に、氷の比熱容量は水の約 2 分の 1 です。 これが水と他の物質との主な違いであり、固体および溶融状態での比熱容量は変化しません。 ここでの秘密は何ですか？

事実、氷は結晶構造を持っているため、加熱してもすぐには崩壊しません。 水には氷の小さな粒子が含まれています。これは、いくつかの分子で構成され、アソシエートと呼ばれます。 水が加熱されると、これらの形成における水素結合の破壊に一部が費やされます。 これは、水の異常に高い熱容量を説明しています。 その分子間の結合は、水が蒸気に入ったときにのみ完全に破壊されます。

100℃の温度での比熱は、0℃の氷の比熱とほとんど変わらず、この説明の正しさが改めて確認されました。 氷の熱容量のような蒸気の熱容量は、科学者がまだコンセンサスに達していない水の熱容量よりもはるかによく理解されています.

比熱容量は、物質の特性です。 つまり、物質ごとに異なります。 さらに、同じ物質でも凝集状態が異なると、比熱容量が異なります。 したがって、物質の比熱容量（水の比熱容量、金の比熱容量、木の比熱容量など）について話すのは正しいです。

特定の物質の比熱容量は、この物質 1 キログラムを摂氏 1 度加熱するためにどれだけの熱 (Q) を物質に伝達する必要があるかを示します。 比熱容量はラテン文字 c で表されます。 つまり、c = Q/mt です。 t と m が 1 (1 kg と 1 °C) に等しいと考えると、比熱容量は数値的に熱量に等しくなります。

ただし、熱と比熱は単位が異なります。 C 系の熱 (Q) はジュール (J) で測定されます。 また、比熱容量は、ジュールをキログラムで割って摂氏を掛けたものです：J /（kg°C）。

たとえば、物質の比熱容量が390 J /（kg°C）の場合、これは、この物質1 kgを1°C加熱すると、390 Jの熱を吸収することを意味します。 つまり、この物質 1 kg を 1 °C 加熱するには、390 J の熱を伝達する必要があります。 または、この物質 1 kg を 1 °C 冷やすと、390 J の熱を放出します。

ただし、1 ではなく 2 kg の物質を 1 °C 加熱すると、2 倍の熱を物質に伝達する必要があります。 したがって、上記の例では、すでに 780 J になります。1 kg の物質を 2 °C 加熱すると、同じことが起こります。

物質の比熱容量は、その初期温度に依存しません。 つまり、たとえば、液体の水の比熱容量が 4200 J / (kg ° C) である場合、20 度または 90 度の水でさえ 1 ° C 加熱するには、1 kg あたり 4200 J の熱が等しく必要になります。 .

しかし、氷の比熱容量は液体の水とは異なり、ほぼ 2 分の 1 です。 ただし、1℃温めるには、 同じ番号初期温度に関係なく、1kgあたりの熱。

比熱容量は、特定の物質でできている物体の形状にも依存しません。 同じ質量の棒鋼と鋼板を同じ温度で加熱するには、同じ量の熱が必要です。 もう1つのことは、この場合、との熱交換を無視する必要があるということです 環境. シートはバーよりも表面積が大きいため、シートがより多くの熱を放出するため、より速く冷却されます。 しかし、 理想的な条件（熱損失が無視できる場合）本体の形状は問いません。 したがって、彼らは、比熱は物質の特性であり、体の特性ではないと言います。

したがって、異なる物質の比熱容量は異なります。 これは、与えられた場合 さまざまな物質同じ質量で同じ温度の場合、それらを異なる温度に加熱するには、異なる量の熱を伝達する必要があります。 たとえば、1 キログラムの銅は水の約 10 分の 1 の熱しか必要としません。 つまり、銅の比熱容量は水の約 10 分の 1 です。 「銅の方が熱が少ない」と言えます。

ある温度から別の温度に加熱するために身体に伝達する必要がある熱量は、次の式で求められます。

Q \u003d cm（tから-t n）

ここで、t to と t n は最終温度と初期温度、m は物質の質量、c はその比熱です。 比熱容量は通常、表から取得されます。 この式から、比熱容量を表すことができます。

比熱容量は、純粋な物質 1 グラムの温度を 1°上げるのに必要なエネルギーです。 パラメータは以下に依存します 化学組成凝集状態：気体、液体、または固体。 彼の発見の後、熱力学の新しい開発ラウンド、熱とシステムの機能に関連するエネルギー遷移プロセスの科学が始まりました。

いつもの、 比熱容量と熱力学の基礎が製造に使用されます自動車の冷却用に設計されたラジエーターとシステム、および化学、原子力工学、空力。 比熱容量の計算方法を知りたい場合は、提案された記事をチェックしてください。

パラメータの直接計算に進む前に、式とそのコンポーネントをよく理解する必要があります。

比熱容量の計算式は次のとおりです。

• с = Q/(m*ΔT)

計算で使用される数量とその記号指定に関する知識は非常に重要です。 ただし、それらの外観を知るだけでなく、それぞれの意味を明確に理解する必要があります。 物質の比熱容量の計算は、次の要素で表されます。

ΔTは、物質の温度が徐々に変化することを表す記号です。 記号「Δ」はデルタのように発音されます。

ΔT = t2–t1、ここで

• t1 は一次温度です。
• t2 は変更後の最終温度です。

m は、加熱に使用される物質の質量 (g) です。

Q - 熱量 (J / J)

CR に基づいて、他の式を導き出すことができます。

• Q \u003d m * cp * ΔT - 熱量;
• m = Q/cr * (t2 - t1) - 物質の質量;
• t1 = t2–(Q/цp*m) – 一次温度;
• t2 = t1+(Q/цp*m) – 最終温度。

パラメータの計算方法

1. 取った 計算式: 熱容量 = Q/(m*ΔT)
2. 元のデータを書き出します。
3. それらを式に当てはめます。
4. 計算を行い、結果を取得します。

例として、重量480グラム、温度15℃の未知の物質を計算してみましょう。これは、加熱（35,000 Jを供給する）の結果、250℃に上昇しました。

上記の指示に従って、次のアクションを実行します。

初期データを書き出します。

• Q = 35,000 J;
• m = 480 g;
• ΔT = t2–t1 = 250–15 = 235 ℃。

式を取り、値を代入して解決します。

с=Q/(m*ΔT)=35,000 J/(480 g*235º)=35,000 J/(112800 g*º)=0.31 J/g*º.

計算

計算してみましょう C P次の条件下で水とスズ：

• m = 500 グラム;
• t1 =24ºC および t2 = 80ºC - 水用;
• t1 =20ºC および t2 =180ºC - 錫の場合;
• Q = 28,000 J。

まず、水とスズのそれぞれの ΔT を決定します。

• ΔTv = t2–t1 = 80–24 = 56℃
• ΔТо = t2–t1 = 180–20 =160ºC

次に、比熱容量を見つけます。

1. c \u003d Q / (m * ΔTv) \u003d 28,000 J / (500 g * 56ºC) \u003d 28,000 J / (28,000 g * ºC) \u003d 1 J / g * ºC.
2. с=Q/(m*ΔТо)=28,000 J/(500 g*160ºC)=28,000 J/(80,000 g*ºC)=0.35 J/g*ºC.

したがって、水の比熱容量は 1 J/g*ºC で、スズの比熱は 0.35 J/g*ºC でした。 このことから、入力熱が 28,000 J と等しい場合、熱容量が小さいため、スズは水よりも速く加熱されると結論付けることができます。

気体、液体、固体だけでなく、食物も熱容量を持っています。

食品の熱容量の計算方法

電源容量を計算する場合 式は次の形式になります。

c=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908*a)、ここで:

• w は製品中の水の量です。
• p は製品中のタンパク質の量です。
• f は脂肪の割合です。
• c は炭水化物の割合です。
• a は無機成分の割合です。

プロセス クリーム チーズ ビオラの熱容量の決定. このために、私たちは書きます 望ましい値製品の構成から（重量140グラム）：

• 水 - 35 g;
• タンパク質 - 12.9 g;
• 脂肪 - 25.8 g;
• 炭水化物 - 6.96 g;
• 無機成分 - 21 g。

次に、次のように見つけます。

• c=(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 kJ/kg*ºC.

常に次のことを覚えておいてください。

• 金属を加熱するプロセスは、水のプロセスよりも高速です。 C P 2.5倍少ない;
• 可能であれば、得られた結果をより多くの 高次条件が許せば;
• 結果を確認するために、インターネットを使用して計算された物質を探すことができます。
• 等しい 実験条件比熱容量が小さい材料では、より大きな温度変化が観察されます。