Удельная теплоёмкость

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].

Молекулы имеют внутреннюю структуру, образованную атомами, которые могут совершать колебания внутри молекул. Кинетическая энергия, запасённая в этих колебаниях, отвечает не только за температуру вещества, но и за его теплоёмкость

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 $\text{[math]}$ c или $\text{[math]}$ 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 ( $\text{[math]}$ C_P) и при постоянном объёме ( $\text{[math]}$ C_V), вообще говоря, различны.

Формула расчёта удельной теплоёмкости:

\text{[math]}

c={\frac {Q}{m\Delta T}},

c={\frac {Q}{m\Delta T}},

где

$\text{[math]}$ c — удельная теплоёмкость(от лат. capacite - емкость, вместимость),

$\text{[math]}$ Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении),

$\text{[math]}$ m — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества,

$\text{[math]}$ ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.

Удельная теплоёмкость зависит от температуры, поэтому более корректной является следующая формула с малыми (формально бесконечно малыми) $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\delta T$ $\delta T$ и $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\delta Q$ $\delta Q$ :

\text{[math]}

c(T)={\frac {1}{m}}{\frac {\delta Q}{\delta T}}.

c(T)={\frac {1}{m}}{\frac {\delta Q}{\delta T}}.

Значения удельной теплоёмкости некоторых веществПравить

Приведены значения удельной теплоёмкости при постоянном давлении ( $\text{[math]}$ C_p).

Стандартные значения удельной теплоёмкости
Вещество	Агрегатное состояние	Удельная теплоёмкость, кДж/(кг·K)
Водород	газ	14,304^[3]
Аммиак	газ	4,359—5,475
Гелий	газ	5,193^[3]
Вода (300 К, 27 °C)	жидкость	4,1806^[4]
Литий	твёрдое тело	3,582^[3]
Этанол	жидкость	2,438^[5]
Лёд (273 К, 0 °C)	твёрдое тело	2,11^[6]
Водяной пар (373 К, 100 °C)	газ	2,0784^[4]
Нефтяные масла	жидкость	1,670—2,010
Бериллий	твёрдое тело	1,825^[3]
Азот	газ	1,040^[3]
Воздух (100 % влажность)	газ	1,030
Воздух (сухой, 300 К, 27 °C)	газ	1,007^[7]
Кислород (O₂)	газ	0,918^[3]
Алюминий	твёрдое тело	0,897^[3]
Графит	твёрдое тело	0,709^[3]
Стекло кварцевое	твёрдое тело	0,703
Чугун	твёрдое тело	0,554^[8]
Алмаз	твёрдое тело	0,502
Сталь	твёрдое тело	0,468^[8]
Железо	твёрдое тело	0,449^[3]
Медь	твёрдое тело	0,385^[3]
Латунь	твёрдое тело	~~0,920~~^[8]0,377^[9]
Молибден	твёрдое тело	0,251^[3]
Олово (белое)	твёрдое тело	0,227^[3]
Ртуть	жидкость	0,140^[3]
Вольфрам	твёрдое тело	0,132^[3]
Свинец	твёрдое тело	0,130^[3]
Золото	твёрдое тело	0,129^[3]
Значения приведены для стандартных условий ( $\text{[math]}$ T = +25 °C, $\text{[math]}$ P = 100 кПа), если это не оговорено особо.

Значения удельной теплоёмкости для некоторых строительных материалов
Вещество	Удельная теплоёмкость кДж/(кг·K)
Древесина	1,700
Гипс	1,090
Асфальт	0,920
Талькохлорит	0,980
Бетон	0,880
Мрамор, слюда	0,880
Стекло оконное	0,840
Кирпич керамический красный	0,840—0,880^[10]
Кирпич силикатный	0,750—0,840^[10]
Песок	0,835
Почва	0,800
Гранит	0,790
Стекло кронглас	0,670
Стекло флинт	0,503
Сталь	0,470

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

↑ Для неоднородного (по химическому составу) образца удельная теплоемкость является дифференциальной характеристикой $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $c={\frac {dC}{dm}}={\frac {1}{\rho }}{\frac {dC}{dV}}$ , меняющейся от точки к точке. Зависит она в принципе и от температуры (хотя во многих случаях изменяется достаточно слабо при достаточно больших изменениях температуры), при этом строго говоря определяется — вслед за теплоёмкостью — как дифференциальная величина и по температурной оси, то есть строго говоря следует рассматривать изменение температуры в определении удельной теплоёмкости не на один градус (тем более не на какую-то более крупную единицу температуры), а на малое $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\delta T$ с соответствующим количеством переданной теплоты $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\delta Q$ . (См. далее основной текст.)
↑ Кельвины (К) здесь можно заменять на градусы Цельсия (°C), поскольку эти температурные шкалы (абсолютная и шкала Цельсия) отличаются друг от друга лишь начальной точкой, но не величиной единицы измерения.
↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ¹⁰ ¹¹ ¹² ¹³ ¹⁴ ¹⁵ ¹⁶ CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 4-135. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
↑ ¹ ² CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-2. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 15-17. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-12. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-17. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
↑ ¹ ² ³ Paul Evans. Specific heat capacity of materials (англ.). The Engineering Mindset (16 октября 2016). Дата обращения: 14 июля 2019. Архивировано 14 июля 2019 года.
↑ Spezifische_Wärmekapazität (неопр.). www.chemie.de. Дата обращения: 29 июня 2021. Архивировано 29 июня 2021 года.
↑ ¹ ² Плотность и удельная теплоемкость кирпича: таблица значений Архивная копия от 22 марта 2019 на Wayback Machine.

ЛитератураПравить

Таблицы физических величин. Справочник, под ред. И. К. Кикоина, М., 1976.
Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика.
Лифшиц E. М. Теплоёмкость // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. — М.: «Советская энциклопедия», 1998. — Т. 2.

[1] Для неоднородного (по химическому составу) образца удельная теплоемкость является дифференциальной характеристикой $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $c={\frac {dC}{dm}}={\frac {1}{\rho }}{\frac {dC}{dV}}$ , меняющейся от точки к точке. Зависит она в принципе и от температуры (хотя во многих случаях изменяется достаточно слабо при достаточно больших изменениях температуры), при этом строго говоря определяется — вслед за теплоёмкостью — как дифференциальная величина и по температурной оси, то есть строго говоря следует рассматривать изменение температуры в определении удельной теплоёмкости не на один градус (тем более не на какую-то более крупную единицу температуры), а на малое $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\delta T$ с соответствующим количеством переданной теплоты $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\delta Q$ . (См. далее основной текст.)

[2] Кельвины (К) здесь можно заменять на градусы Цельсия (°C), поскольку эти температурные шкалы (абсолютная и шкала Цельсия) отличаются друг от друга лишь начальной точкой, но не величиной единицы измерения.

[CRC90-3] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ¹⁰ ¹¹ ¹² ¹³ ¹⁴ ¹⁵ ¹⁶ CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 4-135. — 2828 p. — ISBN 1420090844.

[CRC90-3-4] ¹ ² CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-2. — 2828 p. — ISBN 1420090844.

[CRC90-2-5] CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 15-17. — 2828 p. — ISBN 1420090844.

[CRC90-1-6] CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-12. — 2828 p. — ISBN 1420090844.

[CRC90-4-7] CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-17. — 2828 p. — ISBN 1420090844.

[engineeringmindset-8] ¹ ² ³ Paul Evans. Specific heat capacity of materials (англ.). The Engineering Mindset (16 октября 2016). Дата обращения: 14 июля 2019. Архивировано 14 июля 2019 года.

[9] Spezifische_Wärmekapazität (неопр.). www.chemie.de. Дата обращения: 29 июня 2021. Архивировано 29 июня 2021 года.

[Плотность_и_удельная_теплоемкость_кирпича-10] ¹ ² Плотность и удельная теплоемкость кирпича: таблица значений Архивная копия от 22 марта 2019 на Wayback Machine.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]