Таблицы удельной теплоемкости веществ (газов, жидкостей и др.)

Таблицы удельной теплоемкости веществ (газов, жидкостей и др.)

Представлены таблицы удельной теплоемкости веществ: газов, металлов, жидкостей, строительных и теплоизоляционных материалов, а также пищевых продуктов — более 400 веществ и материалов.

Удельной теплоемкостью вещества называется отношение количества тепла, сообщенного единице массы этого вещества в каком-либо процессе, к соответствующему изменению его температуры.

Удельная теплоемкость веществ зависит от их химического состава, термодинамического состояния и способа сообщения им тепла. В Международной системе единиц эта величина измеряется в Дж/(кг·К).

Необходимо отметить, что экспериментальное определение удельной теплоемкости жидкостей и газов производится при постоянном давлении или при постоянном объеме. В первом случае удельная теплоемкость обозначается C_p, во втором — C_v. Для жидкостей и газов наиболее часто применяется удельная теплоемкость при постоянном давлении C_p.

Для твердых веществ теплоемкости C_p и C_v не различаются. Кроме того, по отношению к твердым телам, помимо удельной массовой теплоемкости применяются также удельная атомная и молярная теплоемкости.

Физическая основа теплоемкости

Температура образца вещества отражает среднее значение кинетическая энергия составляющих его частиц (атомов или молекул) относительно его центра масс. Однако не вся энергия, передаваемая образцу вещества, идет на повышение его температуры, примером чего является теорема о равнораспределении.

Одноатомные газы

Квантовая механика предсказывает, что при комнатной температуре и обычном давлении изолированный атом в газе не может хранить какое-либо значительное количество энергии, кроме как в форме кинетической энергии. Таким образом, теплоемкость на моль одинаково для всех одноатомных газов (например, благородных газов). Точнее, cV,м=3р2≈{ Displaystyle c_ {V, mathrm {m}} = 3R / 2 приблизительно {}}12,5 Дж / К / моль и cп,м=5р2≈{ Displaystyle c_ {P, mathrm {m}} = 5R / 2 приблизительно {}}21 Дж / К / моль, где р≈{ Displaystyle R приблизительно {}}8,31446 Дж / К / моль — это установка идеального газа (который является продуктом Постоянная преобразования Больцмана из кельвин микроскопическая единица энергии к макроскопической единице энергии джоуль, и Число Авогадро).

Следовательно, удельная теплоемкость (на единицу массы, а не на моль) одноатомного газа будет обратно пропорциональна его (размерной) атомный вес А{ displaystyle A}. То есть примерно

cV≈{ displaystyle c_ {V} приблизительно {}}12470 Дж / К / кгАcп≈{ displaystyle / A quad quad quad c_ {p} приблизительно {}}20785 Дж / К / кгА{ displaystyle / A}

Для благородных газов, от гелия до ксенона, эти расчетные значения равны

Газ	Он	Ne	Ar	Kr	Xe
А{ displaystyle A}	4.00	20.17	39.95	83.80	131.29
cV{ displaystyle c_ {V}} (Дж / К / м3)	3118	618.3	312.2	148.8	94.99
cп{ displaystyle c_ {p}} (Дж / К / кг)	5197	1031	520.3	248.0	158.3

Многоатомные газы

С другой стороны, многоатомная молекула газа (состоящая из двух или более связанных вместе атомов) может накапливать тепловую энергию в других формах, помимо своей кинетической энергии. Эти формы включают вращение молекулы и колебание атомов относительно ее центра масс.

Эти дополнительные степени свободы или «режимы» вносят вклад в удельную теплоемкость вещества. А именно, когда в газ с многоатомными молекулами вводится тепловая энергия, только часть ее идет на увеличение их кинетической энергии и, следовательно, температуры; остальное перейдет в те другие степени свободы. Чтобы достичь такого же повышения температуры, моль этого вещества должен быть передан большей тепловой энергии, чем моль одноатомного газа. Следовательно, теплоемкость многоатомного газа зависит не только от его молекулярной массы, но и от числа степеней свободы, которые имеют молекулы.

Квантовая механика далее утверждает, что каждая вращательная или колебательная мода может забирать или терять энергию только в определенном дискретном количестве (квантах). В зависимости от температуры, средняя тепловая энергия на молекулу может быть слишком маленькой по сравнению с квантами, необходимыми для активации некоторых из этих степеней свободы. Эти режимы называются «замороженными». В этом случае удельная теплоемкость вещества будет увеличиваться с температурой, иногда ступенчато, по мере того, как больше режимов размораживаются и начинают поглощать часть подводимой тепловой энергии.

Например, молярная теплоемкость азот N₂ при постоянной громкости cV,м={ displaystyle c_ {V, mathrm {m}} = {}} 20,6 Дж / К / моль (при 15 ° C, 1 атм), что составляет 2,49р{ displaystyle R}. Это значение, ожидаемое из теории, если каждая молекула имеет 5 степеней свободы. Оказывается, это три градуса вектора скорости молекулы плюс два градуса ее вращения вокруг оси, проходящей через центр масс и перпендикулярной линии двух атомов. Из-за этих двух дополнительных степеней свободы удельная теплоемкость cV{ displaystyle c_ {V}} из N₂ (736 Дж / К / кг) в 5/3 раза больше, чем у гипотетического одноатомного газа с той же молекулярной массой 28 (445 Дж / К / кг).

Это значение удельной теплоемкости азота практически постоянно от -150 ° C до примерно 300 ° C. В этом температурном диапазоне две дополнительные степени свободы, соответствующие колебаниям атомов, растяжению и сжатию связи, все еще «заморожены». Примерно при этой температуре эти режимы начинают «размораживаться», и в результате cV{ displaystyle c_ {V}} сначала начинает быстро увеличиваться, затем медленнее по мере приближения к другому постоянному значению. Оно составляет 35,5 Дж / К / моль при 1500 ° C, 36,9 при 2500 ° C и 37,5 при 3500 ° C. Последнее значение почти точно соответствует предсказанному значению для 7 степеней свободы на молекулу.

Единицы

Международная система

Единица измерения удельной теплоемкости в системе СИ — джоуль на кельвин на килограмм (Дж / К / кг, Дж / (кг · К), Дж · К.−1 кг−1, так далее.). Поскольку приращение температуры на один градус Цельсия то же самое, что и приращение в один кельвин, то есть то же самое, что и джоуль на градус Цельсия на килограмм (Дж / ° C / кг). Иногда грамм используется вместо килограмма для единицы массы: 1 Дж / К / кг = 0,001 Дж / К / г.

Удельная теплоемкость вещества (на единицу массы) равна измерение L2· Θ−1· Т−2, или (L / T)2/ Θ. Следовательно, единица СИ Дж / К / кг эквивалентна метр в квадрате на второй в квадрате на кельвин (м2 K−1 s−2).

Имперские инженерные единицы

Профессионалов в строительство, гражданское строительство, химическая инженерия, и другие технические дисциплины, особенно в Соединенные Штаты, может использовать так называемые Английские инженерные подразделения, которые включают Имперский фунт (фунт = 0,45359237 кг) в качестве единицы массы градус Фаренгейта или же Ренкин (° F = 5/9 K, около 0,555556 K) в качестве единицы приращения температуры, а Британская тепловая единица (БТЕ ≈ 1055,06 Дж), как единица тепла.

В этих контекстах единицей удельной теплоемкости является БТЕ / ° F / фунт = 4177,6 Дж / К / кг. Первоначально БТЕ была определена таким образом, чтобы средняя удельная теплоемкость воды составляла 1 БТЕ / ° F / фунт.

Калорий

В химии количество тепла часто измеряли в калории. Как ни странно, для измерения количества тепла обычно использовались две единицы с таким названием, обозначаемые «cal» или «Cal»:

• «малая калория» (или «грамм-калория», «кал») составляет точно 4,184 Дж. Первоначально он был определен таким образом, чтобы удельная теплоемкость жидкой воды составляла 1 кал / C ° / г.
• «Большая калория» (также «килокалория», «килограмм-калория» или «пищевая калория»; «ккал» или «кал») составляет 1000 малых калорий, то есть ровно 4184 Дж. Первоначально он был определен таким образом, чтобы удельная теплоемкость воды составляла 1 кал / C ° / кг.

Хотя эти единицы все еще используются в некоторых контекстах (например, килограмм калорий в питание), их использование в технических и научных областях не рекомендуется. Когда тепло измеряется в этих единицах, единицей удельной теплоемкости обычно является

1 кал / ° C / г («малая калория») = 1 кал / ° C / кг = 1 ккал / ° C / кг («большая калория») = 4184 Дж / K / кг.

В обоих единицах удельная теплоемкость воды составляет приблизительно 1. Комбинации кал / ° C / кг = 4,184 Дж / K / кг и ккал / ° C / г = 4184000 Дж / K / кг не кажутся широко распространенными. использовал.

Таблица удельной теплоемкости некоторых металлов и сплавов

В таблице даны значения удельной теплоемкости некоторых распространенных металлов и сплавов при температуре 20°С. Значения теплоемкости большинства металлов при других температурах вы можете найти в этой таблице.

Металлы и сплавы	C, Дж/(кг·К)
Алюминий Al	897
Бронза алюминиевая	420
Бронза оловянистая	380
Вольфрам W	134
Дюралюминий	880
Железо Fe	452
Золото Au	129
Константан	410
Латунь	378
Манганин	420
Медь Cu	383
Никель Ni	443
Нихром	460
Олово Sn	228
Платина Pt	133
Ртуть Hg	139
Свинец Pb	128
Серебро Ag	235
Сталь стержневая арматурная	482
Сталь углеродистая	468
Сталь хромистая	460
Титан Ti	520
Уран U	116
Цинк Zn	385
Чугун белый	540
Чугун серый	470

Изопроцессы в газах

Определение 2

Чаще всего рассматриваются два значения теплоемкости газов: 

• CV являющаяся молярной теплоемкостью в изохорном процессе (V=const);
• Cp представляющая собой молярную теплоемкость в изобарном процессе (p=const).

При условии постоянного объема газ не совершает работы: A=. Исходя из первого закона термодинамики для 1 моля газа, можно сказать, что справедливым является следующее выражение: 

QV=CV∆T=∆U.

Изменение величины ΔU внутренней энергии газа прямо пропорционально изменению значения ΔT его температуры.

В условиях процесса при постоянном давлении первый закон термодинамики дает такую формулу: 

Qp=∆U+p(V2-V1)=CV∆T+pV.

В котором ΔV является изменением объема 1 моля идеального газа при изменении его температуры на ΔT. Таким образом, можно заявить, что: 

Cp=Qp∆T=CV+p∆V∆T.

Из уравнения состояния идеального газа, записанного для 1 моля, может выражаться отношение ΔVΔT: 

pV=R.

В котором R представляет собой универсальную газовую постоянную. При условии постоянства давления p=const, можно записать следующее:p∆V=R∆T или ∆V∆T=Rp.

Определение 3

Из этого следует, что выражающее связь между молярными теплоемкостями Cp и CVсоотношение имеет вид (формула Майера): 

Cp=CV+R.

В процессе с неизменным давлением молярная теплоемкость Cp газа всегда превышает молярную теплоемкость CV в процессе с не подверженным изменениям объемом, что демонстрируется на рисунке 3.10.1.

Рисунок 3.10.1. Два возможных процесса нагревания газа на ΔT=T2 –T1. При p=const газ совершает работу A=p1(V2 – V1). Поэтому Cp>CV.

Определение 4

Отношение теплоемкостей в процессах с постоянным давлением и постоянным объемом занимает важное место в термодинамике и обозначается в виде греческой буквы γ. 

γ=CpCV.

Данное отношение включено в формулу для адиабатического процесса.

Между двумя изотермами, обладающими температурами T1 и T2 на диаграмме (p, V) реальны различные варианты перехода. Так как для всех подобных переходов изменение величины температуры ΔT=T2 –T1 является одним и тем же, выходит, что изменение значенияΔU внутренней энергии тоже одинаково. С другой стороны, совершенные при этом работы A и количества теплоты Q, полученные в результате теплообмена, выйдут разными для различных путей перехода. Из этого следует, что газа имеет относительно приближенное к бесконечности число теплоемкостей. Cp и CV представляют собой частные, однако, очень важные для теории газов, значения теплоемкостей.

Рисунок 3.10.2. Модель теплоемкости идеального газа.

Определение 5

Термодинамические процессы, в которых теплоемкость газа не подвергается изменениям, носят название политропических.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Каждый изопроцесс являются политропическим. В изотермическом процессе ΔT=, из-за чего CT=∞. В адиабатическом процессе ΔQ=, выходит, что Cад=.

Замечание 1

Стоит обратить внимание на то, что «теплоемкость» и «количество теплоты» являются крайне неудачными терминами, доставшимися современной науке в качестве наследства теории теплорода, которая господствовала в XVIII веке. Данная теория представляла теплоту в виде содержащегося в телах особого невесомого вещества

Считалось, что оно не подвержено уничтожению и не может быть созданным. Явление нагрева объясняли повышением, а охлаждение – понижением содержания в телах теплорода. Однако теория теплорода оказалась несостоятельной, так как не смогла дать ответа на вопрос, почему одинаковое изменение внутренней энергии тела возможно получить, приводя ему разное количество теплоты в зависимости от совершаемой им работы. По этой причине утверждение, что в данном теле содержится некоторый запас теплорода лишено смысла

Данная теория представляла теплоту в виде содержащегося в телах особого невесомого вещества. Считалось, что оно не подвержено уничтожению и не может быть созданным. Явление нагрева объясняли повышением, а охлаждение – понижением содержания в телах теплорода. Однако теория теплорода оказалась несостоятельной, так как не смогла дать ответа на вопрос, почему одинаковое изменение внутренней энергии тела возможно получить, приводя ему разное количество теплоты в зависимости от совершаемой им работы. По этой причине утверждение, что в данном теле содержится некоторый запас теплорода лишено смысла.

Таблица удельной теплоемкости пищевых продуктов

В таблице приведены значения средней удельной теплоемкости пищевых продуктов (овощей, фруктов, мяса, рыбы, хлеба, вина и т. д.) в диапазоне температуры 5…20°С и нормальном атмосферном давлении.

Таблица удельной теплоемкости продуктов питания

Продукты	C, Дж/(кг·К)
Абрикосы	3770
Ананасы	3684
Апельсины	3730
Арбуз	3940
Баклажаны	3935
Брюква	3810
Ветчина	2140
Вино крепленое	3690
Вино сухое	3750
Виноград	3550
Вишня	3650
Говядина и баранина жирная	2930
Говядина и баранина маложирная	3520
Горох	3684
Грибы свежие	3894
Груши	3680
Дрожжи прессованные	1550…3516
Дыни	3850
Ежевика	3642
Земляника	3684
Зерно пшеничное	1465…1549
Кабачки	3900
Капуста	3940
Картофель	3430
Клубника	3810
Колбасы	1930…2810
Крыжовник	3890
Лимоны	3726
Лук	2638
Макароны не приготовленные	1662
Малина	3480
Мандарины	3770
Маргарин сливочный	2140…3182
Масло анисовое	1846
Масло мятное	2080
Масло сливочное	2890…3100
Масло сливочное топленое	2180
Мед	2300…2428
Молоко сухое	1715…2090
Морковь	3140
Мороженое (при -10С)	2175
Мука	1720
Огурцы	4060
Пастила	2090
Патока	2512…2700
Перец сладкий	3935
Печенье	2170
Помидоры	3980
Пряники	1800…1930
Редис	3970
Рыба жирная	2930
Рыба нежирная	3520
Салат зеленый	4061
Сало топленое	2510
Сахар кусковой	1340
Сахарный песок	720
Свекла	3340
Свинина жирная	260
Свинина нежирная	3010
Слива	3750
Сметана	3010
Смородина черная	3740
Сода	2256
Соль поваренная (2% влажности)	920
Спаржа	3935
Сыр жирный	2430
Творог	3180
Телятина жирная	3180
Телятина нежирная	3520
Тесто заварное	2910
Тыква	3977
Хлеб (корка)	1680
Хлеб (мякиш)	2800
Черешня	3770
Чернослив	3181
Чеснок	3140
Шоколад	2340…2970
Шпинат	3977
Яблоки	3760
Яйцо куриное	3180

Кроме таблиц удельной теплоемкости, вы также можете ознакомиться с подробнейшей таблицей плотности веществ и материалов, которая содержит данные по величине плотности более 500 веществ (металлов, пластика, резины, продуктов, стекла и др.).

1. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. Учебник для вузов, изд. 3-е, перераб. и доп. — М.: «Энергия», 1975.
2. Тепловые свойства металлов и сплавов. Справочник. Лариков Л. Н., Юрченко Ю. Ф. — Киев: Наукова думка, 1985. — 439 с.
3. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др. Под ред. И. С. Григорьева — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
4. Еремкин А. И., Королева Т. И. Тепловой режим зданий: Учебное пособие. — М.: Издательство ACB, 2000 — 368 с.
5. Кириллов П. Л., Богословская Г. П. Тепломассобмен в ядерных энергетических установках: Учебник для вузов.
6. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. М.: «Энергия», 1977. — 344 с. с ил.
7. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
8. Франчук А. У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов, М.: НИИ строительной физики, 1969 — 142 с.
9. Добрынин В. М., Вендельштейн Б. Ю., Кожевников Д. А. Петрофизика: Учеб. для вузов. 2-ое изд. перераб. и доп. под редакцией доктора физико-математических наук Д. А. Кожевникова — М.: ФГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. — 368 с., ил.
10. В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2005. — 536 с.
11. Енохович А. С. Справочник по физике. М.: «Просвещение», 1978. — 415 с. с ил.
12. Строительная теплотехника СНиП II-3-79. Минстрой России — Москва 1995.
13. Мустафаев Р. А. Теплофизические свойства углеводородов при высоких параметрах состояния. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 312 с.
14. Новиченок Н. Л., Шульман З. П. Теплофизические свойства полимеров. Минск, «Наука и техника» 1971. — 120 с.
15. Шелудяк Ю. Е., Кашпоров Л. Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М., 1992. — 184 с.

Теплоемкость материалов — таблица

В строительстве очень важной характеристикой является теплоемкость строительных материалов. От нее зависят теплоизоляционные характеристики стен постройки, а соответственно, и возможность комфортного пребывания внутри здания

От нее зависят теплоизоляционные характеристики стен постройки, а соответственно, и возможность комфортного пребывания внутри здания.

Прежде, чем приступить к ознакомлению с теплоизоляционными характеристиками отдельных строительных материалов, необходимо понять, что собой представляет теплоемкость и как она определяется.

Удельная теплоемкость материалов

Теплоемкость – это физическая величина, описывающая способность того или иного материала накапливать в себе температуру от нагретой окружающей среды.

Количественно удельная теплоемкость равна количеству энергии, измеряемой в Дж, необходимой для того, чтобы нагреть тело массой 1 кг на 1 градус.

Ниже представлена таблица удельной теплоемкости наиболее распространенных в строительстве материалов.

Для того, чтобы рассчитать теплоемкость того или иного материала, необходимо обладать такими данными, как:

• вид и объем нагреваемого материала (V);
• показатель удельной теплоемкости этого материала (Суд);
• удельный вес (mуд);
• начальную и конечную температуры материала.

Теплоемкость строительных материалов

Теплоемкость материалов, таблица по которой приведена выше, зависит от плотности и коэффициента теплопроводности материала.

А коэффициент теплопроводности, в свою очередь, зависит от крупности и замкнутости пор. Мелкопористый материал, имеющий замкнутую систему пор, обладает большей теплоизоляцией и, соответственно, меньшей теплопроводностью, нежели крупнопористый.

Это очень легко проследить на примере наиболее распространенных в строительстве материалов. На рисунке, представленном ниже, показано каким образом влияет коэффициент теплопроводности и толщина материала на теплозащитные качества наружных ограждений.

Из рисунка видно, что строительные материалы с меньшей плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности.

Однако так бывает не всегда. Например, существуют волокнистые виды теплоизоляции, для которых действует противоположная закономерность: чем меньше плотность материала, тем выше будет коэффициент теплопроводности.

Поэтому нельзя доверять исключительно показателю относительной плотности материала, а стоит учитывать и другие его характеристики.

Сравнительная характеристика теплоемкости основных строительных материалов

Для того, чтобы сравнить теплоемкость наиболее популярных строительных материалов, таких дерево, кирпич и бетон, необходимо рассчитать величину теплоемкости для каждого из них.

В первую очередь нужно определиться с удельной массой дерева, кирпича и бетона. Известно, что 1 м3 дерева весит 500 кг, кирпича – 1700 кг, а бетона – 2300 кг. Если мы берем стенку, толщина которой составляет 35 см, то путем нехитрых расчетов получим, что удельная масса 1 кв.

м дерева составит 175 кг, кирпича – 595 кг, а бетона – 805 кг. Далее выберем значение температуры, при которой будет происходить накопление тепловой энергии в стенах. Например, это будет происходить в жаркий летний день с температурой воздуха 270С.

Для выбранных условий рассчитываем теплоемкость выбранных материалов:

1.  Стена из дерева: С=СудхmудхΔТ; Сдер=2,3х175х27=10867,5 (кДж);
2.  Стена из бетона: С=СудхmудхΔТ; Сбет=0,84х805х27= 18257,4 (кДж);
3.  Стена из кирпича: С=СудхmудхΔТ; Скирп=0,88х595х27= 14137,2 (кДж).

Из произведенных расчетов видно, что при одинаковой толщине стены наибольшим показателем теплоемкости обладает бетон, а наименьшим – дерево. О чем это говорит? Это говорит о том, что в жаркий летний день максимальное количество тепла будет накапливаться в доме, выполненном из бетона, а наименьшее – из дерева.

Этим объясняет тот факт, что в деревянном доме в жаркую погоду прохладно, а в холодную погоду тепло. Кирпич и бетон легко накапливают в себе достаточно большое количество тепла из окружающей среды, но так же легко и расстаются с ним.

Теплоемкость и теплопроводность материалов

Теплопроводность – это физическая величина материалов, описывающая способность проникновения температуры с одной поверхности стены на другую.

Для создания комфортных условий в помещении необходимо, чтобы стены обладали высоким показателем теплоемкости и низким коэффициентом теплопроводности. В этом случае стены дома будут в состоянии накапливать тепловую энергию окружающей среды, но при этом препятствовать проникновению теплового излучения внутрь помещения.

Определение

Удельная теплоемкость вещества, обычно обозначаемая как c{ displaystyle c}, — теплоемкость C{ displaystyle C} образца вещества, деленного на массу M{ displaystyle M} образца:

c=CM=1M⋅dQdТ{ displaystyle c = { frac {C} {M}} = { frac {1} {M}} cdot { frac { mathrm {d} Q} { mathrm {d} T}}}

куда dQ{ displaystyle mathrm {d} Q} представляет количество тепла, необходимое для равномерного повышения температуры образца с небольшим шагом dТ{ displaystyle mathrm {d} T}.

Как и теплоемкость объекта, удельная теплоемкость вещества может варьироваться, иногда существенно, в зависимости от начальной температуры. Т{ displaystyle T} образца и давление п{ displaystyle p} применяется к нему. Следовательно, ее следует рассматривать как функцию c(п,Т){ displaystyle c (p, T)} этих двух переменных.

Эти параметры обычно указываются при указании удельной теплоемкости вещества. Например, «Вода (жидкость): cп{ displaystyle c_ {p}} = 4185,5 Дж / К / кг (15 ° C, 101,325 кПа) » Если не указано иное, опубликованные значения удельной теплоемкости c{ displaystyle c} как правило, действительны для некоторых стандартные условия по температуре и давлению.

Однако зависимость c{ displaystyle c} на начальную температуру и давление часто можно игнорировать в практических контекстах, например при работе в узких диапазонах этих переменных. В этих контекстах обычно опускают квалификатор (п,Т){ displaystyle (p, T)}, и аппроксимирует теплоемкость константой c{ displaystyle c} подходит для этих диапазонов.

Удельная теплоемкость — это интенсивное свойство вещества, внутренняя характеристика, которая не зависит от размера или формы рассматриваемого количества. (Квалификатор «специфический» перед экстенсивным свойством часто указывает на интенсивное свойство, производное от него.)

Вариации

Введение тепловой энергии в вещество, помимо повышения его температуры, обычно вызывает увеличение его объема и / или давления, в зависимости от того, как удерживается образец. Выбор последнего влияет на измеренную удельную теплоемкость даже при том же начальном давлении. п{ displaystyle p} и начальная температура Т{ displaystyle T}. Широко используются два конкретных варианта:

• Если давление поддерживается постоянным (например, при атмосферном давлении окружающей среды), а образец расширяется, расширение вызывает работай поскольку сила давления смещает корпус или окружающую жидкость. Эта работа должна производиться за счет поставляемой тепловой энергии. Полученная таким образом удельная теплоемкость называется измеренной. при постоянном давлении (или же изобарический), и часто обозначается cп{ displaystyle c_ {p}}, cп{ displaystyle c _ { mathrm {p}}}, так далее.
• С другой стороны, если расширение предотвращается — например, за счет достаточно жесткого корпуса или увеличения внешнего давления, чтобы противодействовать внутреннему, — работа не создается, и тепловая энергия, которая пошла бы в него, должна вместо этого способствовать внутренняя энергия образца, в том числе повышение его температуры на дополнительную величину. Полученная таким образом удельная теплоемкость называется измеренной. при постоянной громкости (или же изохорный) и обозначили cV{ displaystyle c_ {V}}, cv{ displaystyle c_ {v}} cv{ displaystyle c _ { mathrm {v}}}, так далее.

Значение cV{ displaystyle c_ {V}} обычно меньше, чем значение cп{ displaystyle c_ {p}}. Эта разница особенно заметна для газов, где значения при постоянном давлении обычно на 30–66,7% больше, чем при постоянном объеме. Следовательно коэффициент теплоемкости газов обычно составляет от 1,3 до 1,67.

Применимость

Удельную теплоемкость можно определить и измерить для газов, жидкостей и твердых тел довольно общего состава и молекулярной структуры. К ним относятся газовые смеси, растворы и сплавы или гетерогенные материалы, такие как молоко, песок, гранит и бетон, если рассматривать их в достаточно большом масштабе.

Удельная теплоемкость также может быть определена для материалов, которые изменяют состояние или состав при изменении температуры и давления, если изменения обратимы и постепенны. Таким образом, например, концепции могут быть определены для газа или жидкости, которые диссоциируют при повышении температуры, до тех пор, пока продукты диссоциации быстро и полностью рекомбинируют при падении.

Удельная теплоемкость не имеет значения, если вещество претерпевает необратимые химические изменения или если есть изменение фазы, например, плавление или кипение при резкой температуре в диапазоне температур, охватываемых измерением.

Теплоемкость при постоянном давлении и при постоянном объеме

Запишем выражение первого начала термодинамики для одного моль газа с учетом формул :

δA=pdV

Если газ нагревается при постоянном давлении, то выражение можно представить в виде :

Иначе формулу можно представить в виде :

уравнение Майера — говорит о том, что С_p всегда больше С_V ровно на величину молярной газовой постоянной.

Если газ нагревается при постоянном объеме, то dV=0 и работа внешних сил также равна нулю. Тогда газу сообщаемая извне теплота идет только на увеличение его внутренней энергии :

Иначе формулу можно представить в виде :

Первое начало термодинамики — один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических систем.

δQδAdU

Важно заметить, что dU и dN являются полными дифференциалами, а δA и δQ — нет. Существует несколько эквивалентных формулировок первого начала термодинамики :

Существует несколько эквивалентных формулировок первого начала термодинамики :

В любой изолированной системе запас энергии остаётся постоянным.

Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил.

Дата добавления: 2014-12-16 ; Просмотров: 547 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Нагревание и охлаждение

Эти два процесса знакомы каждому. Вот нам захотелось чайку, и мы ставим чайник, чтобы нагреть воду. Или ставим газировку в холодильник, чтобы охладить.

Логично предположить, что нагревание — это увеличение температуры, а охлаждение — ее уменьшение. Все, процесс понятен, едем дальше.

Но не тут-то было: температура меняется не «с потолка». Все завязано на таком понятии, как количество теплоты. При нагревании тело получает количество теплоты, а при нагревании — отдает.

Виу-виу-виу! Внимание!
Обнаружено новое непонятное слово — теплопередача. Минуточку, давайте закончим с количеством теплоты

В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:

Нагревание Q = cm(tконечная — tначальная) Охлаждение Q = cm(tначальная — tконечная) Q — количество теплоты c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C] m — масса tконечная — конечная температура tначальная — начальная температура

В этих формулах фигурирует и изменение температуры, о котором мы сказали выше, и удельная теплоемкость, речь о которой пойдет дальше.

А вот теперь поговорим о видах теплопередачи.

Высокая удельная теплоемкость

При обработке металлов применяют водные растворы минеральных солей ( электролитов), органических ПАВ, а также смесей этих веществ. Водные растворы имеют следующие достоинства: высокую удельную теплоемкость и теплопроводность, благодаря которым обеспечивается эффективное охлаждение инструмента в зоне резания; прозрачность, дающую возможность наблюдать за зоной обработки металла в процессе работы; стабильность при хранении ( коллоидная, химическая, бактериологическая); простота приготовления и невысокая стоимость.
 

Вода является наиболее широко применяемым средством тушения пожаров, связанных с горением различных веществ и материалов. Достоинствами воды являются ее дешевизна и доступность, относительно высокая удельная теплоемкость, высокая скрытая теплота испарения, химическая инертность по отношению к большинству веществ и материалов.
 

Связанные частоты и связанные постоянные для расчета удельной теплоемкости газов, паров и жидкостей.

Реальная удельная теплоемкость одноатомных газов при температурах, существенно больших температуры насыщения, действительно имеет значения, предсказываемые кинетической теорией газов. Двухатомные и многоатомные газы имеют, однако, более высокие удельные теплоемкости вследствие упругих колебаний молекул, которыми пренебрегает эта теория. С ростом температуры число столкновений, удовлетворяющих этому требованию, также растет, таким образом увеличивая вклад колебательной энергии в полную энергию многоатомного ( но по-прежнему идеального) газа.
 

Основным огнетушащим эффектом воды — наиболее распространенного и высокоэффективного огнетушащего вещества — является охлаждение. Оно достигается благодаря хорошему теплопоглощению, причиной которого являются высокая удельная теплоемкость и высокая теплота парообразования.
 

Изменение температуры застывания углеводородов различных классов.

При 20 удельные теплоемкости углеводородов всех классов составляют примерноО 4 — 0 5 ккал / кг-град. Как видно из рис. 38, при данной температуре кипения наиболее высокой удельной теплоемкостью обладают алканы; удельная теплоемкость алкеновых углеводородов несколько ниже; наименьшую теплоемкость имеют тяжелые ароматические углеводороды.
 

Вода — — наиболее распространенная охлаждающая жидкость. Она доступна, безопасна в пожарном отношении, безвредна для человека и имеет высокую удельную теплоемкость — 4 19 кДж / ( ног К), превосходящую все другие известные охлаждающие жидкости. Существенным недостатком является высокая температура замерзания ( вода замерзает при температуре 0 С со значительным ( увеличением объема), что вызывает разрушение ( размораживание) системы охлаждения при низких температурах.
 

Несмотря на низкую температуру плавления, алюминий требует для расплавления большого количества тепла благодаря своей высокой удельной теплоемкости. Механические свойства чистого алюминия невысоки.
 

Наиболее подходящими материалами для защиты ракет и других летательных аппаратов от абляции ( эрозии) при вхождении их в плотные слои атмосферы являются пластмассы. Часть пластмассы при этом выгорает, она подвергается эндотермическому разложению с выделением газов, имеющих высокую удельную теплоемкость ( СН4, С2Н2, С2Н4, Н2 и др.) — Кроме того, образуется поверхностный теплозащитный слой в виде кокса. В процессе абляции поверхностного слоя наполнители пластмасс оплавляются и частично разлагаются.
 

В том и другом виде хладоагент должен, в первую очередь, быть химически инертным к той среде, с которой вводится в соприкосновение, термически стойким в пределах рабочих температур, должен хорошо отделяться от уловленных продуктов окисления, недорогим и легкодоступным. Кроме того, жидкий хладоагент должен быть нетоксичным, иметь возможно более низкую упругость паров и высокую удельную теплоемкость, не действовать коррозионно на аппаратуру.
 

Несмотря на низкую температуру плавления ( — 660) алюминий требует для расплавления большого количества тепла, что объясняется его высокой удельной теплоемкостью и чрезвычайно высокой скрытой теплотой плавления ( 93 кал.
 

График температур при предварительном.

Последнее следует из хорошей сходимости расчетного ряда. Вообще говоря, подобный подход к расчету нестационарного поля с источниками тепла может привести к значительным погрешностям, особенно при расчете температурного поля тел незначительной теплопроводности и высокой удельной теплоемкости с источниками тепла, сосредоточенными в малых относительно объема тела областях.