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<ref>Для неоднородного (по химическому составу) образца удельная теплоёмкость является дифференциальной характеристикой <math>c = \frac{dC}{dm} = \frac{1}{\rho}\frac{dC}{dV}</math>, 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 <math>\delta T</math> с соответствующим количеством переданной теплоты <math>\delta Q</math>.</ref>.
В Международной системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость измеряется в джоулях на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К)<ref>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.</ref>. Иногда используются и внесистемные единицы: калория/(кг·°C) и т. д.
Удельная теплоёмкость обычно обозначается буквами Шаблон:Mvar или Шаблон:Mvar, 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 (Шаблон:Math) и при постоянном объёме (Шаблон:Math), вообще говоря, различны.
Формула расчёта удельной теплоёмкости:
- <math>c = \frac{Q}{ m\Delta T},</math>
где
- Шаблон:Mvar — удельная теплоёмкость (от лат. capacite — ёмкость, вместимость),
- Шаблон:Mvar — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении),
- Шаблон:Mvar — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества,
- Шаблон:Math — разность конечной и начальной температур вещества.
Удельная теплоёмкость зависит от температуры, поэтому более корректной является следующая формула с малыми (формально бесконечно малыми) <math>dT</math> и <math>\delta Q</math>:
- <math>c(T) = \frac{1}{m} \frac{\delta Q}{dT}.</math>
Значения удельной теплоёмкости некоторых веществ
Приведены значения удельной теплоёмкости при постоянном давлении (Шаблон:Math).
| Вещество | Агрегатное состояние |
Удельная теплоёмкость, кДж/(кг·K) |
|---|---|---|
| Водород | газ | 14,304<ref name=CRC90>Шаблон:CRC90</ref> |
| Аммиак | газ | 4,359—5,475 |
| Гелий | газ | 5,193<ref name=CRC90/> |
| Вода (300 К, 27 °C) | жидкость | 4,1806<ref name=CRC90-3>Шаблон:CRC90</ref> |
| Литий | твёрдое тело | 3,582<ref name=CRC90/> |
| Этанол | жидкость | 2,438<ref name=CRC90-2>Шаблон:CRC90</ref> |
| Лёд (273 К, 0 °C) | твёрдое тело | 2,11<ref name=CRC90-1>Шаблон:CRC90</ref> |
| Водяной пар (373 К, 100 °C) | газ | 2,0784<ref name=CRC90-3/> |
| Нефтяные масла | жидкость | 1,670—2,010 |
| Бериллий | твёрдое тело | 1,825<ref name=CRC90/> |
| Азот | газ | 1,040<ref name=CRC90/> |
| Воздух (100 % влажность) | газ | 1,030 |
| Воздух (сухой, 300 К, 27 °C) | газ | 1,007<ref name=CRC90-4>Шаблон:CRC90</ref> |
| Кислород (O2) | газ | 0,918<ref name=CRC90/> |
| Алюминий | твёрдое тело | 0,897<ref name=CRC90/> |
| Графит | твёрдое тело | 0,709<ref name=CRC90/> |
| Стекло кварцевое | твёрдое тело | 0,703 |
| Чугун | твёрдое тело | 0,554<ref name="engineeringmindset">Шаблон:Cite web</ref> |
| Алмаз | твёрдое тело | 0,502 |
| Сталь | твёрдое тело | 0,468<ref name="engineeringmindset" /> |
| Железо | твёрдое тело | 0,449<ref name=CRC90/> |
| Медь | твёрдое тело | 0,385<ref name=CRC90/> |
| Латунь | твёрдое тело | |
| Молибден | твёрдое тело | 0,251<ref name=CRC90/> |
| Олово (белое) | твёрдое тело | 0,227<ref name=CRC90/> |
| Ртуть | жидкость | 0,140<ref name=CRC90/> |
| Вольфрам | твёрдое тело | 0,132<ref name=CRC90/> |
| Свинец | твёрдое тело | 0,130<ref name=CRC90/> |
| Золото | твёрдое тело | 0,129<ref name=CRC90/> |
| Значения приведены для стандартных условий (Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr), если это не оговорено особо. | ||
| 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<ref name="Плотность и удельная теплоемкость кирпича">Плотность и удельная теплоемкость кирпича: таблица значений Шаблон:Wayback.</ref> |
| Кирпич силикатный | 0,750—0,840<ref name="Плотность и удельная теплоемкость кирпича" /> |
| Песок | 0,835 |
| Почва | 0,800 |
| Гранит | 0,790 |
| Стекло кронглас | 0,670 |
| Стекло флинт | 0,503 |
| Сталь | 0,470 |
См. также
Примечания
Литература
- Таблицы физических величин. Справочник, под ред. И. К. Кикоина, М., 1976.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика.
- Шаблон:Статья