Удельная теплоемкость вещества
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
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.
В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:
Нагревание
Охлаждение
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
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.
Виды теплопередачи
Здесь все совсем несложно, их всего три: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность
Тот вид теплопередачи, который можно охарактеризовать, как способность тел проводить энергию от более нагретого тела к менее нагретому.
Речь о том, чтобы передать тепло с помощью соприкосновения. Признавайтесь, грелись же когда-нибудь возле батареи. Если вы сидели к ней вплотную, то согрелись вы благодаря теплопроводности. Обниматься с котиком, у которого горячее пузо, тоже эффективно.
Порой мы немного перебарщиваем с возможностями этого эффекта, когда на пляже ложимся на горячий песок. Эффект есть, только не очень приятный. Ну а ледяная грелка на лбу дает обратный эффект — ваш лоб отдает тепло грелке.
Конвекция
Когда мы говорили о теплопроводности, мы приводили в пример батарею. Теплопроводность — это когда мы получаем тепло, прикоснувшись к батарее. Но все вещи в комнате к батарее не прикасаются, а комната греется. Здесь вступает конвекция.
Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный просто плотнее). Когда батарея нагревает некий объем воздуха, он тут же поднимается наверх, проходит вдоль потолка, успевает остыть и спуститься обратно вниз — к батарее, где снова нагревается. Таким образом, вся комната равномерно прогревается, потому что все более горячие потоки сменяют все менее холодные.
Излучение
Пляж мы уже упоминали, но речь шла только о горячем песочке. А вот тепло от солнышка — это излучение. В этом случае тепло передается через волны.
Обоими способами. То тепло, которое мы ощущаем непосредственно от камина (когда лицу горячо, если вы расположились слишком близко к камину) — это излучение. А вот прогревание комнаты в целом — это конвекция.
Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета
Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:
Нагревание
Охлаждение
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.
С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:
Удельная теплоемкость вещества
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:
Удельная теплоемкость вещества
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
C — теплоемкость вещества [Дж/˚C]
Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:
Количество теплоты, необходимое для нагревания тела
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!
Таблица удельных теплоемкостей
Удельная теплоемкость — табличная величина. Часто ее указывают в условии задачи, но при отсутствии в условии — можно и нужно воспользоваться таблицей. Ниже приведена таблица удельных теплоемкостей для некоторых (многих) веществ.
Плотность керосина, его теплоемкость и вязкость
Плотность керосина в зависимости от температуры
Приведена таблица значений плотности жидкого керосина марки Т-1 в зависимости от температуры. Величина плотности керосина дана в размерности кг/м 3 при различных температурах в интервале от 20 до 270°С.
Плотность этого топлива определяется составом и качеством производства отдельных его партий при нефтепереработке. Она увеличивается с ростом содержания в его составе тяжелых углеводородов.
| t, °С | ρ, кг/м 3 | t, °С | ρ, кг/м 3 | t, °С | ρ, кг/м 3 |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 819 | 110 | 759 | 200 | 685 |
| 30 | 814 | 120 | 751 | 210 | 676 |
| 40 | 808 | 130 | 744 | 220 | 668 |
| 50 | 801 | 140 | 736 | 230 | 658 |
| 60 | 795 | 150 | 728 | 240 | 649 |
| 70 | 788 | 160 | 720 | 250 | 638 |
| 80 | 781 | 170 | 711 | 260 | 628 |
| 90 | 774 | 180 | 703 | 265 | 623 |
| 100 | 766 | 190 | 694 | 270 | 618 |
Удельная теплоемкость керосина при различных температурах
В таблице представлены значения удельной теплоемкости керосина при различных температурах. Теплоемкость керосина указана в диапазоне температуры от 20…270°С. Значение удельной (массовой) теплоемкости керосина определяется его составом, то есть содержанием ароматических и парафиновых углеводородов. Чем меньше в составе керосина парафинов и олефинов, тем ниже его теплоемкость.
Удельная теплоемкость керосина зависит от температуры — она увеличивается при нагревании этого топлива. Зависимость теплоемкости от температуры носит нелинейный характер. При комнатной температуре его удельная теплоемкость равна 2000 Дж/(кг·К). При высоких температурах значение этого теплофизического свойства керосина может достигать 3300 Дж/(кг·К).
Кроме того, теплоемкость керосина также зависит и от давления. При повышении давления она уменьшается — при высоких температурах влияние давления усиливается. Следует отметить, что зависимость теплоемкости керосина от давления не линейна.
| t, °С | Cp, Дж/(кг·К) | t, °С | Cp, Дж/(кг·К) | t, °С | Cp, Дж/(кг·К) |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 2000 | 110 | 2430 | 200 | 2890 |
| 30 | 2040 | 120 | 2480 | 210 | 2940 |
| 40 | 2090 | 130 | 2530 | 220 | 3000 |
| 50 | 2140 | 140 | 2580 | 230 | 3050 |
| 60 | 2180 | 150 | 2630 | 240 | 3110 |
| 70 | 2230 | 160 | 2680 | 250 | 3160 |
| 80 | 2280 | 170 | 2730 | 260 | 3210 |
| 90 | 2330 | 180 | 2790 | 265 | 3235 |
| 100 | 2380 | 190 | 2840 | 270 | 3260 |
Вязкость керосина в зависимости от температуры
Примечание: значения кинематической вязкости керосина в таблице получены расчетным путем через величину динамической вязкости и плотности.
Для нагревания 1 кг керосина на 1 градус требуется 2100 Дж. Какова удельная теплоемкость керосина?
Ответ:
C = 2100Дж/(1кг × 1°с) = 2100 Дж/(кг×°с)
Ответ: С = 2100 Дж/(кг×°с)
В первые годы после основания Якутского острога землепроходцы вышли к суровым пространств Северного Ледовитого океана. Множество отважных мореплавателей погибли среди океанской льда и остались неизвестными. Но мы знаем о значительных достижениях Семена Ивановича Дежнева. Именно он первым обогнул восточную оконечность Евразии и совершил одно из величайших открытий того времени — нашел пролив между Евразией и Америкой.
Летом 1647 года группа промышленников и купеческих приказчиков начала готовиться к плаванию на восток от реки Колыма по моржовыми клыками. Приказчик купца Усова, Федот Алексеевич Попов, построил и снарядил четыре кочи, а во главе отряда был поставлен Семена Дежнева. Тем же летом они вышли в море, но мощное скопление льда заставило вернуться назад.
Сразу же после возвращения Попов стал готовить новый поход. В конце июня 1648 семь кочив вышли к Северному Ледовитому океану в районе восточносибирских моря.
Во время экспедиции четыре судна попали в шторм и часть из них погибла, но кочи во главе с Дежнева, Поповым и Анкудинова продолжили путь на восток. Повернув на юг, мореплаватели вошли в пролив, который отделяет Евразию от Америки. К сожалению, их дальнейшая судьба сложилась трагически: коч Попова выбросило на сушу, большинство матросов убили коряки, а сами Попов и Анкудинов умерли от цинги.
Между тем уцелевшие корабли разбросал сильнейший шторм
Дежнев со спутниками оказался в районе Олюторского полуострова. Только через два с половиной месяца, потеряв несколько человек, казаки добрались до низовья реки Анадырь. Часть отряда погибла здесь от голода, остальные с трудом пережили суровую зиму 1648-1649 годов. А летом, поднявшись на 600 км по реке Анадырь, Дежнев основал зимовье. Позже оно стало называться Анадырский острог.
Удельная теплота сгорания
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Виды топлива
Человеку очень нужно тепло для всех процессов жизнедеятельности: например, для обогрева жилища, готовки, плавления металлов и получения других видов энергии. Чтобы получать тепло и свет, человек использует топливо. Когда люди впервые добыли огонь, без топлива тоже не обошлось — им послужила древесина.
Топливо — это любое вещество, выделяющее энергию в ходе определенных процессов.
Существует четыре группы видов топлива:
К твердому топливу относятся:
Ископаемые твердые виды топлива, кроме сланцев, являются продуктом разложения органической массы растений. Торф — самый молодой из них, он представляет собой плотную массу, которая образовалась из перегнивших болотных растений. Уже не такие молодые (скажем, средних лет 🤣) бурые угли — это темная однородная масса, которая окисляется и рассыпается на свежем воздухе. Горючие сланцы — полезные ископаемые, дающие смолу. Каменные угли — ребята с повышенной прочностью и небольшой пористостью.
Жидкое топливо — это, например, бензин или нефть. Газообразное — это смесь, содержащая в себе водород и окись углерода.
В горючей части топлива всегда есть углерод, кислород, водород, сера и азот. Кислород в соединении с углеродом или водородом уменьшает тепло, которое выделяется в процессе горения. Азот переходит в продукты сгорания, не окисляясь. Сера — вредная примесь, при сгорании которой выделяется в 4 раза меньше теплоты, чем при сгорании углерода.
Под ядерным топливом обычно имеют в виду изотопы урана — подробнее об этом мы рассказали в статье «Ядерный реактор».
Удельная теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива определяет количество полностью сгоревшего горючего и полученную при этом процессе энергию. Эта величина определяет энергетическую ценность топлива.
Удельная теплота фигурирует в формуле количества теплоты, выделяемого при сгорании топлива.
Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива
Q — количество теплоты [Дж]
q — удельная теплота сгорания [Дж/м 3 ]
m — масса [кг]
Удельная теплота сгорания — это табличная величина, которая определяется экспериментально достаточно непростыми методами.
Ниже представлены таблицы с некоторыми значениями удельной теплоты сгорания.
Твердое топливо
Вещество
Удельная теплота сгорания,
Удельная теплоемкость
Содержание
Вам уже известно, что количество теплоты зависит от массы вещества, разности температур и рода вещества. Количество теплоты ($Q$) в СИ измеряется в джоулях ($Дж$).
В данном уроке мы рассмотрим это новое для нас определение, узнаем его физическое значение, познакомимся с удельной теплоемкостью различных веществ.
Удельная теплоемкость вещества
Рассмотрим на примерах, как удельная теплоемкость характеризует вещество.
Единица измерения удельной теплоемкости
Удельная теплоемкость обозначается буквой $c$.
Измеряется удельная теплоемкость вещества в $\frac<Дж><кг \cdot \degree C>$.
Из этого значения мы можем сказать, что:
Табличные значения удельной теплоемкости
Существуют уже известные значения удельной теплоемкости различных веществ. Они представлены таблице 1.
| Вещество | $c, \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$ | Вещество | $c, \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$ |
| Золото | 130 | Песок | 820 |
| Ртуть | 140 | Стекло | 840 |
| Свинец | 140 | Кирпич | 880 |
| Олово | 230 | Алюминий | 920 |
| Серебро | 250 | Масло подсолнечное | 1700 |
| Медь | 400 | Лед | 2100 |
| Цинк | 400 | Керосин | 2100 |
| Латунь | 400 | Эфир | 2350 |
| Железо | 460 | Дерево (дуб) | 2400 |
| Сталь | 500 | Спирт | 2500 |
| Чугун | 540 | Вода | 4200 |
| Графит | 750 | Гелий | 5200 |
Таблица 1. Удельные теплоемкости некоторых веществ.
Удельная теплоемкость и агрегатные состояния вещества
Давайте взглянем в таблицу 1 и сравним значения удельной теплоемкости льда и воды.
Удельная теплоемкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, различна.
