Acolo unde se folosesc substanţe cu capacitate termică specifică scăzută. Capacitatea termică specifică a gazelor și vaporilor

Fiecare școlar întâlnește un astfel de concept precum „căldura specifică” în lecțiile de fizică. În cele mai multe cazuri, oamenii uită definiția școlii și adesea nu înțeleg deloc sensul acestui termen. În universitățile tehnice, majoritatea studenților vor întâlni mai devreme sau mai târziu o capacitate termică specifică. Poate ca parte a studiului fizicii, sau poate cineva va avea o astfel de disciplină precum „ingineria termică” sau „termodinamica tehnică”. În acest caz, va trebui să vă amintiți programa școlară. Deci, mai jos luăm în considerare definiția, exemplele, semnificațiile pentru unele substanțe.

Definiţie

Capacitatea termică specifică este o mărime fizică care caracterizează cantitatea de căldură care trebuie furnizată sau îndepărtată dintr-o unitate de substanță pentru ca temperatura acesteia să se schimbe cu un grad. Este important să anulați că nu contează, grade Celsius, Kelvin și Fahrenheit, principalul lucru este schimbarea temperaturii pe unitate.

Capacitatea termică specifică are propria unitate de măsură - în sistemul internațional de unități (SI) - Joule, împărțit la produsul unui kilogram și al unui grad Kelvin, J/(kg K); unitatea nesistemică este raportul dintre o calorie și produsul unui kilogram și un grad Celsius, cal/(kg °C). Această valoare este cel mai adesea notă cu litera c sau C și uneori sunt utilizați indici. De exemplu, dacă presiunea este constantă, atunci indicele este p, iar dacă volumul este constant, atunci v.

Variații de definiție

Sunt posibile mai multe formulări ale definiției mărimii fizice în discuție. În plus față de cele de mai sus, o definiție acceptabilă este aceea că capacitatea termică specifică este raportul dintre capacitatea termică a unei substanțe și masa acesteia. În acest caz, este necesar să înțelegeți clar ce este „capacitatea de căldură”. Deci, capacitatea termică este o mărime fizică care arată câtă căldură trebuie furnizată unui corp (substanță) sau îndepărtată pentru a-și schimba temperatura cu una. Capacitatea termică specifică a unei mase de substanță mai mare de un kilogram se determină în același mod ca și pentru o valoare unitară.

Câteva exemple și semnificații pentru diferite substanțe

S-a constatat experimental că pt diferite substanțe acest sens variază. De exemplu, capacitatea termică specifică a apei este de 4,187 kJ/(kg K). Cel mai mult mare valoare din această cantitate fizică pentru hidrogen este de 14,300 kJ/(kg K), cea mai mică pentru aur este de 0,129 kJ/(kg K). Dacă aveți nevoie de o valoare pentru o anumită substanță, atunci trebuie să luați o carte de referință și să găsiți tabelele corespunzătoare, iar în ele - valorile de interes. Cu toate acestea tehnologii moderne Acestea vă permit să accelerați semnificativ procesul de căutare - pe orice telefon care are opțiunea de a vă conecta la Internet, trebuie doar să introduceți întrebarea care vă interesează în bara de căutare, să începeți căutarea și să căutați răspunsul pe baza rezultatelor. În cele mai multe cazuri, trebuie să urmați primul link. Cu toate acestea, uneori nu este nevoie să mergeți în altă parte - la scurtă descriere informații, răspunsul la întrebare este vizibil.

Cele mai comune substanțe pentru care se caută capacitatea termică, inclusiv căldura specifică, sunt:

• aer (uscat) - 1,005 kJ/(kg K),
• aluminiu - 0,930 kJ/(kg K),
• cupru - 0,385 kJ/(kg K),
• etanol - 2,460 kJ/(kg K),
• fier - 0,444 kJ/(kg K),
• mercur - 0,139 kJ/(kg K),
• oxigen - 0,920 kJ/(kg K),
• lemn - 1.700 kJ/(kg K),
• nisip - 0,835 kJ/(kg K).

Capacitatea termică specifică este o caracteristică a unei substanțe. Adică este diferit pentru diferite substanțe. În plus, aceeași substanță, dar în stări diferite de agregare, are capacitate termică specifică diferită. Astfel, este corect să vorbim despre capacitatea termică specifică a unei substanțe (capacitate termică specifică a apei, capacitatea termică specifică a aurului, capacitatea termică specifică a lemnului etc.).

Capacitatea termică specifică a unei anumite substanțe arată câtă căldură (Q) trebuie transferată acesteia pentru a încălzi 1 kilogram din această substanță cu 1 grad Celsius. Capacitatea termică specifică se notează cu Literă latină c. Adică c = Q/mt. Având în vedere că t și m sunt egali cu unitatea (1 kg și 1 °C), atunci capacitatea termică specifică este numeric egală cu cantitatea de căldură.

Cu toate acestea, căldura și capacitatea termică specifică au unități de măsură diferite. Căldura (Q) în sistemul Cu este măsurată în Jouli (J). Și capacitatea termică specifică este în Jouli împărțit la kilogram înmulțit cu grade Celsius: J/(kg °C).

Dacă capacitatea termică specifică a unei substanțe este, de exemplu, de 390 J/(kg °C), aceasta înseamnă că dacă 1 kg din această substanță este încălzit cu 1 °C, va absorbi 390 J de căldură. Sau, cu alte cuvinte, pentru a încălzi 1 kg din această substanță cu 1 °C, trebuie să i se transfere 390 J de căldură. Sau, dacă 1 kg din această substanță este răcit cu 1 °C, atunci va degaja 390 J de căldură.

Dacă nu 1, ci 2 kg dintr-o substanță este încălzit cu 1 °C, atunci trebuie să i se transfere de două ori mai multă căldură. Deci pentru exemplul de mai sus va fi deja 780 J. Același lucru se va întâmpla dacă 1 kg de substanță este încălzit cu 2 °C.

Capacitatea termică specifică a unei substanțe nu depinde de temperatura sa inițială. Adică, dacă, de exemplu, apa lichidă are o capacitate termică specifică de 4200 J/(kg °C), atunci încălzirea cu 1 °C chiar și apă de douăzeci sau nouăzeci de grade va necesita în mod egal 4200 J de căldură per 1 kg. .

Dar gheața are o capacitate termică specifică diferită de apa lichidă, de aproape două ori mai mică. Cu toate acestea, pentru a-l încălzi cu 1 °C veți avea nevoie aceeași sumă căldură la 1 kg, indiferent de temperatura sa inițială.

Capacitatea termică specifică nu depinde, de asemenea, de forma corpului care este făcut din această substanță. O bară de oțel și o tablă de oțel având aceeași masă vor necesita aceeași cantitate de căldură pentru a le încălzi cu același număr de grade. Un alt lucru este că în acest caz schimbul de căldură cu mediu. Foaia are o suprafață mai mare decât bara, ceea ce înseamnă că foaia degajă mai multă căldură și, prin urmare, se va răci mai repede. Dar în conditii ideale(când pierderea de căldură poate fi neglijată) forma corpului nu contează. Prin urmare, ei spun că capacitatea termică specifică este o caracteristică a unei substanțe, dar nu a unui corp.

Deci, capacitatea termică specifică a diferitelor substanțe este diferită. Aceasta înseamnă că, dacă sunt date diferite substanțe de aceeași masă și cu aceeași temperatură, atunci pentru a le încălzi la o temperatură diferită, acestea trebuie date cantități diferite căldură. De exemplu, un kilogram de cupru va necesita de aproximativ 10 ori mai puțină căldură decât apa. Adică, cuprul are o capacitate termică specifică de aproximativ 10 ori mai mică decât cea a apei. Putem spune că „în cupru se pune mai puțină căldură”.

Cantitatea de căldură care trebuie transferată unui corp pentru a-l încălzi de la o temperatură la alta se află folosind următoarea formulă:

Q = cm(t k – t n)

Aici tk și tn sunt temperaturile finale și inițiale, m este masa substanței, c este capacitatea termică specifică. Capacitatea termică specifică este de obicei luată din tabele. Din această formulă se poate exprima capacitatea termică specifică.

În lecția de astăzi vom introduce un astfel de concept fizic precum capacitatea termică specifică a unei substanțe. Aflam ca depinde de proprietăți chimice substanțe, iar valoarea acesteia, care poate fi găsită în tabele, este diferită pt diverse substanțe. Apoi vom afla unitățile de măsură și formula pentru găsirea capacității termice specifice și, de asemenea, vom învăța să analizăm proprietățile termice ale substanțelor pe baza valorii capacității lor termice specifice.

Calorimetru(din lat. caloric– căldură și metor- măsură) - un dispozitiv pentru măsurarea cantității de căldură eliberată sau absorbită în orice proces fizic, chimic sau biologic. Termenul „calorimetru” a fost propus de A. Lavoisier și P. Laplace.

Calorimetrul constă dintr-un capac, un pahar interior și unul exterior. Este foarte important în proiectarea calorimetrului să existe un strat de aer între vasele mai mici și cele mai mari, care, datorită conductivității termice scăzute, asigură un transfer slab de căldură între conținut și mediul extern. Acest design vă permite să considerați calorimetrul ca un fel de termos și să scăpați practic de influențe mediu extern asupra apariţiei proceselor de schimb de căldură în interiorul calorimetrului.

Calorimetrul este destinat măsurătorilor mai precise ale capacităților termice specifice și ale altor parametri termici ai corpurilor decât cele indicate în tabel.

Comentariu. Este important de menționat că un astfel de concept precum cantitatea de căldură, pe care o folosim foarte des, nu trebuie confundat cu energia internă a corpului. Cantitatea de căldură este determinată tocmai de modificarea energiei interne, și nu de valoarea sa specifică.

Rețineți că capacitatea termică specifică a diferitelor substanțe este diferită, ceea ce poate fi văzut în tabel (Fig. 3). De exemplu, aurul are o capacitate termică specifică. După cum am indicat mai devreme, semnificația fizică a acestei valori a capacității termice specifice înseamnă că pentru a încălzi 1 kg de aur cu 1 °C, acesta trebuie să fie alimentat cu 130 J de căldură (Fig. 5).

Orez. 5. Capacitatea termică specifică a aurului

În lecția următoare vom discuta despre calcularea valorii cantității de căldură.

Listăliteratură

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizica 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizica 8. - M.: Butard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizica 8. - M.: Iluminismul.

1. Portalul de internet „vactekh-holod.ru” ()

Teme pentru acasă

Modificarea energiei interne prin efectuarea muncii este caracterizată de cantitatea de muncă, adică. munca este o măsură a schimbării energiei interne într-un proces dat. Modificarea energiei interne a unui corp în timpul transferului de căldură este caracterizată de o cantitate numită cantitate de căldură.

este o modificare a energiei interne a unui corp în timpul procesului de transfer de căldură fără a efectua muncă. Cantitatea de căldură este indicată prin literă Q .

Munca, energia internă și căldura sunt măsurate în aceleași unități - jouli ( J), ca orice tip de energie.

În măsurătorile termice, o unitate specială de energie a fost folosită anterior ca unitate de cantitate de căldură - caloria ( fecale), egal cu cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 gram de apă cu 1 grad Celsius (mai precis, de la 19,5 la 20,5 ° C). Această unitate, în special, este utilizată în prezent la calcularea consumului de căldură (energie termică) în blocuri de apartamente. Echivalentul mecanic al căldurii a fost stabilit experimental - relația dintre calorie și joule: 1 cal = 4,2 J.

Când un corp transferă o anumită cantitate de căldură fără să lucreze, energia sa internă crește dacă corpul degajă o anumită cantitate de căldură, atunci energia sa internă scade.

Dacă turnați 100 g de apă în două vase identice, unul și 400 g în celălalt la aceeași temperatură și le puneți pe arzătoare identice, atunci apa din primul vas va fierbe mai devreme. Astfel, cu cât masa corporală este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de căldură necesară pentru a se încălzi. La fel este și cu răcirea.

Cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp depinde și de tipul de substanță din care este făcut corpul. Această dependență a cantității de căldură necesară pentru încălzirea unui corp de tipul de substanță este caracterizată de o mărime fizică numită capacitatea termică specifică substante.

este o mărime fizică egală cu cantitatea de căldură care trebuie transmisă unui kg de substanță pentru a o încălzi cu 1 °C (sau 1 K). 1 kg de substanță eliberează aceeași cantitate de căldură atunci când este răcită cu 1 °C.

Capacitatea termică specifică este desemnată prin literă Cu. Unitatea de măsură a capacității termice specifice este 1 J/kg °C sau 1 J/kg °K.

Capacitatea termică specifică a substanțelor se determină experimental. Lichidele au o capacitate termică specifică mai mare decât metalele; Apa are cea mai mare căldură specifică, aurul are o căldură specifică foarte mică.

Deoarece cantitatea de căldură este egală cu modificarea energiei interne a corpului, putem spune că capacitatea termică specifică arată cât de mult se modifică energia internă. 1 kg substanță atunci când temperatura ei se modifică cu 1 °C. În special, energia internă a 1 kg de plumb crește cu 140 J când este încălzit cu 1 °C și scade cu 140 J când este răcit.

Q necesar pentru încălzirea unui corp de masă m asupra temperaturii t 1 °С până la temperatură t 2 °С, este egal cu produsul capacității termice specifice a substanței, masa corporală și diferența dintre temperaturile finale și inițiale, i.e.

Q = c ∙ m (t 2 - t 1)

Aceeași formulă este folosită pentru a calcula cantitatea de căldură pe care o degajă un corp la răcire. Numai în acest caz temperatura finală trebuie scăzută din temperatura inițială, adică. Scădeți temperatura mai mică din temperatura mai mare.

Acesta este un rezumat al subiectului „Cantitatea de căldură. Căldura specifică". Alegeți ce să faceți în continuare:

• Accesați următorul rezumat:

/(kg K), etc.

Capacitatea termică specifică este de obicei indicată prin litere c sau CU, adesea cu indici.

Capacitatea termică specifică este afectată de temperatura substanței și de alți parametri termodinamici. De exemplu, măsurarea capacității termice specifice a apei va da rezultate diferite la 20 °C și 60 °C. În plus, capacitatea termică specifică depinde de modul în care parametrii termodinamici ai substanței (presiunea, volumul etc.) sunt lăsați să se modifice; de exemplu, capacitatea termică specifică la presiune constantă ( C P) și la volum constant ( C V), în general, sunt diferite.

Formula pentru calcularea capacității termice specifice:

$c=\backslash frac(Q)(\; m\backslash Delta\; T),$ Unde c- capacitate termica specifica, Q- cantitatea de căldură primită de o substanță atunci când este încălzită (sau eliberată când este răcită); m- masa substanței încălzite (răcite), Δ T- diferența dintre temperaturile finale și inițiale ale substanței.

Capacitatea termică specifică poate depinde (și, în principiu, strict vorbind, întotdeauna, mai mult sau mai puțin puternic, depinde) de temperatură, prin urmare următoarea formulă cu valori mici (formal infinitezimale) este mai corectă: $\backslash delta\; T$Şi $\backslash delta\; Q$:

$c(T)\; =\; \backslash frac\; 1\; (m)\; \backslash left(\backslash frac(\backslash delta\; Q)(\backslash delta\; T)\backslash right).$

Valori termice specifice pentru unele substanțe

(Pentru gaze, este dată capacitatea termică specifică într-un proces izobaric (C p))

Tabelul I: Valori standard ale capacității termice specifice

Substanţă	Stare fizică	Specific capacitate termica, kJ/(kg K)
aer (uscat)	gaz	1,005
aer (100% umiditate)	gaz	1,0301
aluminiu	solid	0,903
beriliu	solid	1,8245
alamă	solid	0,37
staniu	solid	0,218
cupru	solid	0,385
molibden	solid	0,250
oţel	solid	0,462
diamant	solid	0,502
etanol	lichid	2,460
aur	solid	0,129
grafit	solid	0,720
heliu	gaz	5,190
hidrogen	gaz	14,300
fier	solid	0,444
duce	solid	0,130
fontă	solid	0,540
tungsten	solid	0,134
litiu	solid	3,582
	lichid	0,139
azot	gaz	1,042
uleiuri de petrol	lichid	1,67 - 2,01
oxigen	gaz	0,920
sticlă de cuarț	solid	0,703
apă 373 K (100 °C)	gaz	2,020
apă	lichid	4,187
gheaţă	solid	2,060
must de bere	lichid	3,927
Valorile se bazează pe condiții standard, dacă nu se specifică altfel.

Tabelul II: Valori specifice capacității termice pentru unii materiale de constructie

Substanţă	Specific capacitate termică kJ/(kg K)
asfalt	0,92
caramida solida	0,84
caramida nisip-var	1,00
beton	0,88
coroană de sticlă (sticlă)	0,67
silex (sticlă)	0,503
geam	0,84
granit	0,790
steatină	0,98
gips	1,09
marmură, mica	0,880
nisip	0,835
oţel	0,47
sol	0,80
lemn	1,7

Vezi de asemenea

Scrieți o recenzie despre articolul „Capacitatea termică specifică”

Note

Literatură

• Mesele mărimi fizice. Manual, ed. I.K. Kikoina, M., 1976.
• Sivukhin D.V. Curs general de fizică. - T. II. Termodinamica si fizica moleculara.
• E. M. Lifshits // sub. ed. A. M. Prokhorova Enciclopedia fizică. - M.: „Enciclopedia Sovietică”, 1998. - T. 2.<

Extras care caracterizează capacitatea termică specifică

- Merge? – repetă Natasha.
— Îți voi spune despre mine. Am avut un verișor...
- Știu - Kirilla Matveich, dar este un bătrân?
— Nu a fost întotdeauna un bătrân. Dar iată ce, Natasha, voi vorbi cu Borya. Nu are nevoie să călătorească atât de des...
- De ce nu ar trebui, dacă vrea?
- Pentru că știu că asta nu se va termina cu nimic.
- De ce știi? Nu, mamă, nu-i spui. Ce prostie! - a spus Natasha pe tonul unei persoane de la care vor să-i ia proprietatea.
„Ei bine, nu mă voi căsători, așa că dă-i drumul, dacă el se distrează și eu mă distrez.” – Natasha a zâmbit și s-a uitat la mama ei.
„Nu este căsătorită, doar așa”, repetă ea.
- Cum e asta, prietene?
- Da, da. Ei bine, este foarte necesar să nu mă căsătoresc, dar... așa.
— Da, da, repetă contesa și, scuturându-și tot trupul, râse cu un râs neașteptat de bătrână.
„Nu mai râde, încetează”, a strigat Natasha, „tu scuturi tot patul”. Arăți îngrozitor de mine, același râs... Stai... - A prins ambele mâini ale contesei, a sărutat osul degetului mic pe una - Iunie și a continuat să sărute iulie, august pe de altă parte. - Mamă, este foarte îndrăgostit? Ce zici de ochii tăi? Erai atât de îndrăgostit? Și foarte dulce, foarte, foarte dulce! Dar nu este chiar pe gustul meu - este îngust, ca un ceas de masă... Nu înțelegi?... Îngust, știi, gri, deschis...
- De ce minți! – spuse contesa.
Natasha a continuat:
— Nu înțelegi? Nikolenka ar înțelege... Cel fără urechi este albastru, albastru închis cu roșu, iar el este patruunghiular.
— Și tu cochetezi cu el, spuse contesa râzând.
- Nu, el este francmason, am aflat. Este frumos, albastru închis și roșu, cum să îți explic...
„Contesă”, se auzi vocea contelui din spatele ușii. -Ești treaz? – Natasha a sărit desculță, și-a prins pantofii și a fugit în camera ei.
Nu a putut dormi mult timp. Ea s-a tot gândit că nimeni nu poate înțelege tot ce înțelege ea și care era în ea.
— Sonya? gândi ea, uitându-se la pisica adormită, încolăcită, cu împletitura ei uriașă. „Nu, unde ar trebui să meargă!” Ea este virtuoasă. S-a îndrăgostit de Nikolenka și nu vrea să afle nimic altceva. Nici mama nu intelege. Este uimitor cât de deșteaptă sunt și cât de... drăguță”, a continuat ea, vorbindu-și la persoana a treia și imaginându-și că un bărbat foarte deștept, cel mai deștept și cel mai drăguț vorbea despre ea... „Totul, totul este în ea. .” , - a continuat acest bărbat, - este neobișnuit de deșteaptă, dulce și apoi de bună, neobișnuit de bună, de dibăcie, înoată, călărește excelent și are o voce! S-ar putea spune, o voce uimitoare!” Ea a cântat fraza muzicală preferată de la Opera Cherubini, s-a aruncat pe pat, a râs cu gândul vesel că era pe cale să adoarmă, i-a strigat lui Dunyasha să stingă lumânarea și, înainte ca Dunyasha să aibă timp să iasă din cameră, ea Trecuse deja într-o altă lume a viselor, și mai fericită, în care totul era la fel de ușor și minunat ca în realitate, dar era și mai bine, pentru că era diferit.

A doua zi, contesa, invitându-l pe Boris la ea, a vorbit cu el și, din acea zi, a încetat să mai viziteze Rostovii.

La 31 decembrie, în ajunul Anului Nou 1810, le reveillon [cina de noapte], a avut loc un bal la casa nobilului Ecaterinei. Corpul diplomatic și suveranul trebuiau să fie la bal.
Pe Promenade des Anglais, celebra casă a unui nobil strălucea cu nenumărate lumini. La intrarea iluminată cu pânză roșie stăteau polițiștii, și nu doar jandarmi, ci șeful poliției de la intrare și zeci de polițiști. Trăsurile au plecat, iar altele noi au urcat cu lachei roșii și lachei cu pălării cu pene. Bărbați în uniforme, stele și panglici au ieșit din trăsuri; doamnele în satin și hermină au coborât cu grijă treptele așezate zgomotos și au mers în grabă și în tăcere de-a lungul pânzei de la intrare.
Aproape de fiecare dată când sosea o trăsură nouă, în mulțime se auzea un murmur și pălăriile erau scoase.
„Suveran?... Nu, ministru... prinț... trimis... Nu vezi penele?...” spuse din mulțime. Unul din mulțime, mai bine îmbrăcat decât ceilalți, părea să cunoască pe toată lumea și îi chema pe nume pe cei mai nobili nobili ai vremii.
Deja o treime dintre oaspeți sosise la acest bal, iar rostovenii, care trebuiau să fie la acest bal, încă se pregăteau în grabă să se îmbrace.
S-a vorbit mult și s-a pregătit pentru acest bal în familia Rostov, s-au temut multe că invitația nu va fi primită, rochia nu va fi gata și totul nu va funcționa așa cum este necesar.
Alături de Rostovi, a mers la bal Marya Ignatievna Peronskaya, o prietenă și rudă a contesei, o domnișoară de onoare subțire și galbenă a vechii curți, care conducea Rostovii provinciali în cea mai înaltă societate din Sankt Petersburg.
La ora 10 seara, Rostovenii trebuiau să o ridice pe domnișoara de onoare de la Grădina Tauride; și totuși erau deja zece fără cinci minute, iar domnișoarele nu erau încă îmbrăcate.
Natasha mergea la primul bal mare din viața ei. În acea zi s-a trezit la ora 8 dimineața și a fost în anxietate și activitate febrilă toată ziua. Toată puterea ei, încă de dimineață, a fost menită să se asigure că toți: ea, mama, Sonya erau îmbrăcați cât mai bine. Sonya și contesa aveau încredere totală în ea. Contesa trebuia să poarte o rochie de catifea masaka, cei doi purtau rochii albe fumurii pe roz, huse de mătase cu trandafiri în corset. Părul trebuia pieptănat a la grecque [în greacă].
Tot ce era esențial fusese deja făcut: picioarele, brațele, gâtul, urechile erau deja deosebit de atent, ca o sală de bal, spălate, parfumate și pudrate; purtau deja mătase, ciorapi de plasă și pantofi albi din satin cu fundițe; coafurile erau aproape terminate. Sonya a terminat de îmbrăcat, la fel și contesa; dar Natasha, care lucra pentru toată lumea, a rămas în urmă. Ea stătea încă în fața oglinzii cu un peignoir drapat pe umerii ei subțiri. Sonya, deja îmbrăcată, stătea în mijlocul camerei și, apăsând dureros cu degetul mic, prinse ultima panglică care țipăia sub ac.