Питома теплоємність

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Питома теплоє́мність (c) — кількість теплоти, яку необхідно надати одиниці маси, щоб нагріти її на 1°C, або ж кількість теплоти, що виділяється при охолодженні одиниці маси речовини:

,

де Q — кількість теплоти, отримана речовиною при нагріванні (або, що виділилася при охолодженні), m — маса речовини, що нагрівається (або охолоджується), ΔT — різниця кінцевої і початкової температур речовини.

Позначається здебільшого літерою c (для теплоємності тіла будь-якої маси зазвичай використовується велика літера C). В СІ питома теплоємність вимірюється у Дж/кг·К або Дж/кг·°C.

Теплоємність[ред. | ред. код]

Докладніше: Теплоємність

Кількість теплоти, необхідна для нагрівання будь-якого тіла на один градус називається теплоємністю тіла і знаходиться за формулою:

,

де m — маса речовини, c — питома теплоємність, ΔT — різниця кінцевої і початкової температур речовини.

Використовуються також поняття:

Теплоємність при сталому тиску й при сталому об'ємі[ред. | ред. код]

Наведене вище загальне означення теплоємності не визначає її повністю. Кількість теплоти, необхідна для того, щоб нагріти речовину на один градус, залежить від того, яким чином проводиться це нагрівання.

Найважливішими умовами нагрівання є нагрівання при сталому об'ємі й при сталому тиску. Їх заведено позначати і .

Якщо нагрівати речовину, підтримуючи сталим тиск, то речовина буде розширюватися й виконувати при цьому певну роботу. Тому для нагрівання потрібно більше теплоти. Теплоємність при сталому тиску більша за теплоємність при сталому об'ємі: .

Докладніше: Рівняння Маєра

Температурна залежність теплоємності[ред. | ред. код]

Згідно з третім законом термодинаміки при абсолютному нулі температури теплоємність стає нульовою. При малих температурах теплоємність твердих тіл зростає пропорційно кубу від температури (закон Дебая). При температурах, які перевищують температуру Дебая, теплоємність твердих тіл стає незалежною від температури (закон Дюлонга-Пті).

Залежність теплоємності від температури має особливості в області фазових переходів.

Експериментальне вивчення температурної залежності в широкому інтервалі зміни температури вказує на те, що в ідеальних двохатомних газах істотно залежить від температури і обумовлено зі зникненням з якоїсь причини чи то коливального, чи то двох обертальних, чи то двох поступальних, чи то одного поступального й одного обетрального ступенів вільності. Тож для обчислення енергії двохатомної молекули застосовують закони квантової механіки.

Конкретні системи[ред. | ред. код]

Для ідеального газу

де  — стала Больцмана,  — число ступенів вільності.

Для твердого тіла для достатньо високих температур

Для рідин для рідкого й твердого стану відповідно, тому для цієї речовини та не різняться. Теплоємність при сталому тиску може бути розрахована згідно рівнянь термодинамікиx, якщо відомі коефіцієнт теплового розширення , коефіцієнт ізотермічної та адіабатичної стисливості . При цьому

Дослід показує, що для діелектричних рідин теплоємність Cp зростає зі збільшенням температури по ізохорі прямуючи на нескінченність при підході до критичної точки за законом

,

де та зм еншується зі збільшенням тиску.

Питома теплоємність газів[ред. | ред. код]

Середня питома теплоємність газів при 0 — 100 °С
Матеріал Питома теплоємність, кДж/(кг·К)
Азот 1
Аміак 2,1
Аргон 0,523
Ацетилен 1,683
Водень 14,3
Водяна пара 2,2
Вуглекислий газ 0,83
Гелій 5,21
Етан 1,73
Етилен 1,53
Кисень 0,92
Криптон 0,251
Ксенон 0,159
Метан 2,5
Неон 1,03
Пари спирту 1,2
Повітря 1
Пропан 1,86
Сірководень 1,02
Хлор 0,5

Питома теплоємність твердих речовин[ред. | ред. код]

Середня питома теплоємність твердих речовин при 0 — 100 °С

Матеріал Питома теплоємність, кДж/(кг·К)
Алюміній 0,92
Азбест 0,84
Бетон 1,13
Бронза 0,385
Вапняк, вапно 0,92
Вініпласт 1,76
Вовна 1,69
Глина 0,92
Гума 1,68
Дерево (сосна) 2,72
Залізо 0,46
Кам'яне вугілля 1,3
Каолін 0,92
Кварц 0,8
Кокс 0,84
Корок 1,68
Крейда 0,88
Латунь 0,394
Лід 2,14
Магнезія 0,92
Мідь 0,385
Нафталін 1,3
Парафін 2,72
Пісок сухий 0,8
Свинець 0,13
Сталь 0,56
Скло 0,42 — 0,84
Текстоліт 1,47
Цегла червона 0,92
Цегла вогнестійка 0,88 — 1,01
Целюлоза 1,55
Цинк 0,38
Чавун 0,5
Шлак 0,75

Питома теплоємність рідин[ред. | ред. код]

Середня питома теплоємність рідин при 0 — 100 °С

Речовина Питома теплоємність, кДж/(кг·К)
Азот рідкий 2,01
Азотна кислота 2,77
Аміак 4,19
Бензин 1,84
Вода (0°С) 4,218
Гас 2,1
Гексан 2,5
Кисень рідкий 1,68
Машинне мастило 1,68
Нітробензол 1,38
Сірчаний ангідрид 1,34
Скипидар 1,7
Фенол 2,35

Див. також[ред. | ред. код]

Джерела[ред. | ред. код]

  • Ромашко О. В. Курс лекцій з дисципліни «Термодинаміка» (для студентів напрямку підготовки 6.060101 — «Будівництво» спеціальності "Теплогазопостачання і вентиляція ") / О. В. Ромашко, В. А. Міланко; Харк. нац. акад. міськ. госп-ва. — Х.: ХНАМГ, 2009. — 167 с.
  • Буляндра О. Ф. Технічна термодинаміка: Підручн. для студентів енерг. спец. вищ. навч. закладів. — К.: Техніка, 2001. — 320 с. ISBN 966-575-103-4
  • Базаров И. П. Термодинамика. Учебник для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа — 1991. — 376 с. ISBN 5-06-000626-3
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. Том 2. Термодинамика и молекулярная физика. — М.: Наука, 1975. — 519 c.
  • Федорченко А.М. (1993). Теоретична фізика. Квантова механіка, термодинаміка і статистична фізика. Т.2. Київ: Вища школа. 
  • Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. (1976). Теоретическая физика. т. V. Статистическая физика. Часть 1. Москва: Наука. 
  • Адаменко І. І., Булавін Л. А. “Фізика рідин та рідинних систем”, К.:АСМІ, 2006. - 650 с.

Посилання[ред. | ред. код]