У какого вещества самая большая теплоемкость

Уде́льная теплоёмкость — это отношение теплоёмкости к массе, теплоёмкость единичной массы вещества (разная для различных веществ); физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать единичной массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу. [1] .

В Международной системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость измеряется в джоулях на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К) [2] . Иногда используются и внесистемные единицы: калория/(кг·°C) и т. д.

Удельная теплоёмкость обычно обозначается буквами c или С , часто с индексами.

На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества и другие термодинамические параметры. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C. Кроме того, удельная теплоёмкость зависит от того, каким образом позволено изменяться термодинамическим параметрам вещества (давлению, объёму и т. д.); например, удельная теплоёмкость при постоянном давлении ( CP ) и при постоянном объёме ( CV ), вообще говоря, различны.

Формула расчёта удельной теплоёмкости:

c = Q m Δ T , <displaystyle c=<frac >,>

c — удельная теплоёмкость, Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении), m — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества, ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.

Удельная теплоёмкость зависит от температуры, поэтому более корректной является следующая формула с малыми (формально бесконечно малыми) δ T <displaystyle delta T> и δ Q <displaystyle delta Q> :

c ( T ) = 1 m δ Q δ T . <displaystyle c(T)=<frac <1>><frac <delta Q><delta T>>.>

Содержание

Значения удельной теплоёмкости некоторых веществ [ править | править код ]

Приведены значения удельной теплоёмкости при постоянном давлении ( Cp ).

Способность материала удерживать тепло оценивается его удельной теплоемкостью, т.е. количеством тепла (в кДж), необходимым для повышения температуры одного килограмма материала на один градус. Например, вода имеет удельную теплоемкость, равную 4,19 кДж/(кг*K). Это значит, например, что для повышения температуры 1 кг воды на 1°K требуется 4,19 кДж.

Читайте также:  Цветные рисунки для печати на принтере

Таблица 1. Сравнение некоторых теплоаккумулирующих материалов

Ма­те­ри­ал Плот­ность, кг/м 3 Теп­ло­ем­кость, кДж/(кг*K) Ко­эф­фи­ци­ент те­пло­про­вод­нос­ти, Вт/(м*K) Мас­са ТАМ для те­пло­ак­ку­му­ли­ро­ва­ния 1 ГДж те­пло­ты при Δ= 20 K, кг От­но­си­тель­ная мас­са ТАМ по от­но­ше­нию к мас­се во­ды, кг/кг Объем ТАМ для те­пло­ак­ку­му­ли­ро­ва­ния 1 ГДж те­пло­ты при Δ= 20 K, м 3 От­но­си­тель­ный объем ТАМ по от­но­ше­нию к объему во­ды, м 3 /м 3
Гранит, галька 1600 0,84 0,45 59500 5 49,6* 4,2
Вода 1000 4,2 0,6 11900 1 11,9 1
Глауберова соль (декагидрат сульфата натрия)* 14600 т
1300 ж
1,92 т
3,26 ж
1,85 т
1,714 ж
3300 0,28 2,26 0,19
Парафин* 786 т 2,89 т 0,498 т 3750 0,32 4,77 0,4

Для водонагревательных установок и жидкостных систем отопления лучше всего в качестве теплоаккумулирующего материала применять воду, а для воздушных гелиосистем — гальку, гравий и т.п. Следует иметь в виду, что галечный теплоаккумулятор при одинаковой энергоемкости по сравнению с водяным теплоаккумулятором имеет в 3 раза больший объем и занимает в 1,6 раза большую площадь. Например, водяной теплоаккумулятор диаметром 1,5 м и высотой 1,4 м имеет объем 4,3 м 3 , в то время как галечный теплоаккумулятор в форме куба со стороной 2,4 м имеет объем 13,8 м 3 .

Плотность аккумулирования теплоты в значительной степени зависит от метода аккумулирования и рода теплоаккумулирующего материала. Она может быть аккумулирована в химически связанном виде в топливе. При этом плотность аккумулирования соответствует теплоте сгорания, кВт*ч/кг:

  • нефть — 11,3;
  • уголь (условное топливо) — 8,1;
  • водород — 33,6;
  • древесина — 4,2.

При термохимическом аккумулировании теплоты в цеолите (процессы адсорбции — десорбции) может аккумулироваться 286 Вт*ч/кг теплоты при разности температур 55°C. Плотность аккумулирования теплоты в твердых материалах (скальная порода, галька, гранит, бетон, кирпич) при разности температур 60°C составляет 14 17 Вт*ч/кг, а в воде — 70 Вт*ч/кг. При фазовых переходах вещества (плавление — затвердевание) плотность аккумулирования значительно выше, Вт*ч/кг:

  • лед (таяние) — 93;
  • парафин — 47;
  • гидраты солей неорганических кислот — 40 130.
Читайте также:  Функция plug play что это
Таблица 2. Сравнение удельной теплоемкости и плотности различных материалов на основе равных объемов
Материал Удельная теплоемкость, кДж/(кг*K) Плотность, кг/м 3 Теплоемкость, кДж/(м 3 *K)
Вода 4,19 1000 4187
Металлоконструкции 0,46 7833 3437
Бетон 1,13 2242 2375
Кирпич 0,84 2242 1750
Магнетит, железная руда 0,68 5125 3312
Базальт, каменная порода 0,82 2880 2250
Мрамор 0,86 2880 2375

К сожалению, лучший из приведенных в таблице 2 строительных материалов — бетон, удельная теплоемкость которого составляет 1,1 кДж/(кг*K), удерживает лишь ¼ того количества тепла, которое хранит вода того же веса. Однако плотность бетона (кг/м 3 ) значительно превышает плотность воды. Во втором столбце таблицы 2 приведены плотности этих материалов. Умножив удельную теплоемкость на плотность материала, получим теплоемкость на кубический метр. Эти величины приведены в третьем столбце таблицы 2. Следует отметить, что вода, несмотря на то, что обладает наименьшей плотностью из всех приведенных материалов, имеет теплоемкость на 1 м 3 выше (2328,8 кДж/м 3 ), чем остальные материалы таблицы, в силу ее значительно большей удельной теплоемкости. Низкая удельная теплоемкость бетона в значительной степени компенсируется его большой массой, благодаря которой он удерживает значительное количество тепла (1415,9 кДж/м 3 ).

Удельная теплоёмкость (с) — это физическая величина, равная численно количеству теплоты, которое необходимо передать единице массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу.

В системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость обозначается в джоулях на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К).

Удельная теплоемкость расчитывается по следующей формуле:

где Q — количество теплоты, полученное веществом при нагревании,

m — масса нагреваемого или охлаждаемого вещества,

ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.

Удельная теплоемкость воды

Международный Комитет Мер и Весов принял в 1950 г. предложенные В. Дж. де Хаасом значения: cv = (15° С) = 4,1855дж/г · град С (соответствует значению, данному Бэрджем в 1941 г.); отсюда для ср(t °C) получается следующая формула:

Читайте также:  Увеличительное стекло в домашних условиях

Эта формула была дана Осборном, Стимсоном и Гиннингсом.

Во всех последующих таблицах значения с даны в единицах дж/г · град · С

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector