Determinazione della capacità termica specifica di una sostanza. Ricordiamo la fisica: qual è la capacità termica dell'acqua

Il calore specifico è l'energia necessaria per aumentare di 1° la temperatura di 1 grammo di sostanza pura. Il parametro dipende dalla sua composizione chimica e dallo stato di aggregazione: gassoso, liquido o solido. Dopo la sua scoperta, iniziò un nuovo ciclo di sviluppo della termodinamica, la scienza dei transitori energetici che riguardano il calore e il funzionamento del sistema.

Generalmente, Nella produzione vengono utilizzate la capacità termica specifica e la termodinamica di base radiatori e sistemi progettati per il raffreddamento di automobili, nonché nel settore della chimica, dell'ingegneria nucleare e dell'aerodinamica. Se vuoi sapere come viene calcolata la capacità termica specifica, leggi l'articolo proposto.

Prima di iniziare a calcolare direttamente il parametro, dovresti familiarizzare con la formula e i suoi componenti.

La formula per calcolare la capacità termica specifica è la seguente:

• c = Q/(m*∆T)

La conoscenza delle quantità e delle loro designazioni simboliche utilizzate nei calcoli è estremamente importante. Tuttavia, è necessario non solo conoscerne l'aspetto visivo, ma anche comprendere chiaramente il significato di ciascuno di essi. Il calcolo della capacità termica specifica di una sostanza è rappresentato dai seguenti componenti:

ΔT è un simbolo che indica un cambiamento graduale nella temperatura di una sostanza. Il simbolo "Δ" si pronuncia delta.

ΔT = t2–t1, dove

• t1 – temperatura primaria;
• t2 – temperatura finale dopo la modifica.

m – massa della sostanza utilizzata durante il riscaldamento (g).

Q – quantità di calore (J/J)

Sulla base di CR, si possono derivare altre equazioni:

• Q = m*кp*ΔT – quantità di calore;
• m = Q/cr*(t2 - t1) – massa della sostanza;
• t1 = t2–(Q/tp*m) – temperatura primaria;
• t2 = t1+(Q/tp*m) – temperatura finale.

Istruzioni per il calcolo del parametro

1. Prendi la formula di calcolo: Capacità termica = Q/(m*∆T)
2. Annotare i dati originali.
3. Sostituirli nella formula.
4. Esegui il calcolo e ottieni il risultato.

Ad esempio, calcoliamo una sostanza sconosciuta del peso di 480 grammi con una temperatura di 15ºC, che, a seguito del riscaldamento (che fornisce 35mila J), è aumentata a 250º.

Secondo le istruzioni sopra riportate, eseguiamo le seguenti azioni:

Scriviamo i dati iniziali:

• Q = 35mila J;
• m = 480 g;
• ΔT = t2–t1 =250–15 = 235 ºC.

Prendiamo la formula, sostituiamo i valori e risolviamo:

c=Q/(m*∆T)=35 mila J/(480 g*235º)=35 mila J/(112800 g*º)=0,31 J/g*º.

Calcolo

Facciamo il calcolo C P acqua e stagno alle seguenti condizioni:

• m = 500 grammi;
• t1 =24ºC e t2 = 80ºC – per l'acqua;
• t1 =20ºC e t2 =180ºC – per stagno;
• Q = 28 mila J.

Per prima cosa determiniamo ΔT rispettivamente per l'acqua e lo stagno:

• ΔТâ = t2–t1 = 80–24 = 56ºC
• ΔTo = t2–t1 = 180–20 =160ºC

Troviamo quindi il calore specifico:

1. c=Q/(m*ΔTv)= 28 mila J/(500 g *56ºC) = 28 mila J/(28 mila g*ºC) = 1 J/g*ºC.
2. c=Q/(m*ΔTo)=28 mila J/(500 g*160ºC)=28 mila J/(80 mila g*ºC)=0,35 J/g*ºC.

Pertanto, il calore specifico dell'acqua era 1 J/g*ºC, e quello dello stagno era 0,35 J/g*ºC. Da ciò possiamo concludere che con un apporto termico uguale di 28mila Joule, lo stagno si scalderà più velocemente dell'acqua, poiché la sua capacità termica è inferiore.

Non solo i gas, i liquidi e i solidi, ma anche i prodotti alimentari hanno capacità termica.

Come calcolare la capacità termica degli alimenti

Quando si calcola la capacità di potenza l’equazione assumerà la seguente forma:

с=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908 *a), dove:

• w – quantità di acqua nel prodotto;
• p – quantità di proteine ​​nel prodotto;
• f – percentuale di grasso;
• c – percentuale di carboidrati;
• a è la percentuale di componenti inorganici.

Determiniamo la capacità termica della crema di formaggio Viola. Per fare ciò, annotare i valori richiesti dalla composizione del prodotto (peso 140 grammi):

• acqua – 35 g;
• proteine ​​– 12,9 g;
• grassi – 25,8 g;
• carboidrati – 6,96 g;
• componenti inorganici – 21 g.

Troviamo poi con:

• ñ=(4,180*w)+(1,711*p)+(1,928*f)+(1,547*c)+(0,908*a)=(4,180*35)+(1,711*12,9)+(1,928*25 ,8 ) + (1.547*6.96)+(0.908*21)=146.3+22.1+49.7+10.8+19.1=248 kJ/kg*ºC.

Ricorda sempre che:

• Il processo di riscaldamento del metallo è più veloce di quello dell'acqua, poiché lo ha C P 2,5 volte meno;
• Se possibile, convertire i risultati in un ordine superiore se le condizioni lo consentono;
• per verificare i risultati è possibile utilizzare Internet e guardare la sostanza calcolata;
• a parità di condizioni sperimentali, si osserveranno variazioni di temperatura più significative per materiali con bassa capacità termica specifica.

L'acqua è una delle sostanze più sorprendenti. Nonostante il suo uso diffuso e diffuso, è un vero mistero della natura. Essendo uno dei composti dell'ossigeno, l'acqua, sembrerebbe, dovrebbe avere caratteristiche molto basse come congelamento, calore di vaporizzazione, ecc. Ma ciò non accade. La capacità termica della sola acqua è, nonostante tutto, estremamente elevata.

L'acqua è in grado di assorbire un'enorme quantità di calore, senza praticamente riscaldarsi: questa è la sua caratteristica fisica. l'acqua è circa cinque volte superiore alla capacità termica della sabbia e dieci volte superiore a quella del ferro. Pertanto, l'acqua è un refrigerante naturale. La sua capacità di accumulare grandi quantità di energia gli consente di attenuare le fluttuazioni di temperatura sulla superficie terrestre e di regolare il regime termico in tutto il pianeta, e ciò avviene indipendentemente dal periodo dell’anno.

Questa proprietà unica dell'acqua ne consente l'utilizzo come refrigerante nell'industria e nella vita di tutti i giorni. Inoltre, l’acqua è una materia prima ampiamente disponibile e relativamente economica.

Cosa si intende per capacità termica? Come è noto dal corso di termodinamica, il trasferimento di calore avviene sempre da un corpo caldo a uno freddo. In questo caso si tratta del trasferimento di una certa quantità di calore, e la temperatura di entrambi i corpi, essendo una caratteristica del loro stato, mostra la direzione di questo scambio. Nel processo di un corpo metallico con acqua di uguale massa alle stesse temperature iniziali, il metallo cambia la sua temperatura molte volte di più dell'acqua.

Se prendiamo come postulato l'affermazione fondamentale della termodinamica - di due corpi (isolati dagli altri), durante lo scambio di calore uno cede e l'altro riceve la stessa quantità di calore, allora diventa chiaro che il metallo e l'acqua hanno un calore completamente diverso capacità.

Pertanto, la capacità termica dell'acqua (così come di qualsiasi sostanza) è un indicatore che caratterizza la capacità di una data sostanza di dare (o ricevere) qualcosa durante il raffreddamento (riscaldamento) per unità di temperatura.

La capacità termica specifica di una sostanza è la quantità di calore necessaria per riscaldare un'unità di questa sostanza (1 chilogrammo) di 1 grado.

La quantità di calore rilasciata o assorbita da un corpo è pari al prodotto della capacità termica specifica, della massa e della differenza di temperatura. Si misura in calorie. Una caloria è esattamente la quantità di calore sufficiente per riscaldare 1 grammo di acqua di 1 grado. Per confronto: la capacità termica specifica dell'aria è 0,24 cal/g ∙°C, alluminio - 0,22, ferro - 0,11, mercurio - 0,03.

La capacità termica dell'acqua non è costante. Aumentando la temperatura da 0 a 40 gradi essa diminuisce leggermente (da 1,0074 a 0,9980), mentre per tutte le altre sostanze questa caratteristica aumenta durante il riscaldamento. Inoltre, può diminuire con l'aumentare della pressione (in profondità).

Come sapete, l'acqua ha tre stati di aggregazione: liquido, solido (ghiaccio) e gassoso (vapore). Allo stesso tempo, la capacità termica specifica del ghiaccio è circa 2 volte inferiore a quella dell'acqua. Questa è la principale differenza tra l'acqua e altre sostanze, la cui capacità termica specifica non cambia nello stato solido e fuso. Qual è il segreto?

Il fatto è che il ghiaccio ha una struttura cristallina che non collassa immediatamente quando viene riscaldata. L'acqua contiene piccole particelle di ghiaccio costituite da diverse molecole chiamate associati. Quando l'acqua viene riscaldata, parte di essa viene spesa per distruggere i legami idrogeno in queste formazioni. Ciò spiega la capacità termica insolitamente elevata dell'acqua. I legami tra le sue molecole vengono completamente distrutti solo quando l'acqua si trasforma in vapore.

Il calore specifico alla temperatura di 100° C non è quasi diverso da quello del ghiaccio a 0° C. Ciò conferma ancora una volta la correttezza di questa spiegazione. La capacità termica del vapore, come quella del ghiaccio, è attualmente studiata molto meglio dell’acqua, sulla quale gli scienziati non hanno ancora raggiunto un consenso.

Ogni scolaretto incontra un concetto come "calore specifico" nelle lezioni di fisica. Nella maggior parte dei casi, le persone dimenticano la definizione di scuola e spesso non comprendono affatto il significato di questo termine. Nelle università tecniche, la maggior parte degli studenti prima o poi incontrerà la capacità termica specifica. Forse come parte dello studio della fisica, o forse qualcuno avrà una disciplina come "ingegneria termica" o "termodinamica tecnica". In questo caso, dovrai ricordare il curriculum scolastico. Quindi, di seguito consideriamo la definizione, gli esempi, i significati di alcune sostanze.

Definizione

La capacità termica specifica è una quantità fisica che caratterizza la quantità di calore che deve essere fornita o rimossa da un'unità di sostanza affinché la sua temperatura cambi di un grado. È importante cancellare che non importa gradi Celsius, Kelvin e Fahrenheit, la cosa principale è la variazione di temperatura per unità.

La capacità termica specifica ha una propria unità di misura - nel sistema internazionale di unità (SI) - Joule, diviso per il prodotto di un chilogrammo e un grado Kelvin, J/(kg K); l'unità non sistemica è il rapporto tra una caloria e il prodotto tra un chilogrammo e un grado Celsius, cal/(kg °C). Questo valore è spesso indicato con la lettera c o C; a volte vengono utilizzati gli indici. Ad esempio, se la pressione è costante, l'indice sarà p, mentre se il volume è costante, allora v.

Variazioni di definizione

Sono possibili diverse formulazioni della definizione della grandezza fisica in discussione. In aggiunta a quanto sopra, una definizione accettabile è che la capacità termica specifica è il rapporto tra la capacità termica di una sostanza e la sua massa. In questo caso, è necessario comprendere chiaramente cos'è la "capacità termica". Quindi, la capacità termica è una quantità fisica che mostra quanto calore deve essere fornito a un corpo (sostanza) o rimosso per modificare di uno la sua temperatura. La capacità termica specifica di una sostanza di massa superiore a un chilogrammo si determina allo stesso modo di un valore unitario.

Alcuni esempi e significati per varie sostanze

È stato determinato sperimentalmente che questo valore è diverso per le diverse sostanze. Ad esempio, la capacità termica specifica dell'acqua è 4,187 kJ/(kg K). Il valore più grande di questa quantità fisica per l'idrogeno è 14.300 kJ/(kg K), il più piccolo per l'oro è 0,129 kJ/(kg K). Se hai bisogno di un valore per una sostanza specifica, devi prendere un libro di consultazione e trovare le tabelle corrispondenti e in esse i valori di interesse. Tuttavia, le moderne tecnologie consentono di accelerare notevolmente il processo di ricerca: su qualsiasi telefono che ha la possibilità di accedere al World Wide Web, è sufficiente digitare la domanda di interesse nella barra di ricerca, avviare la ricerca e cercare la domanda risposta in base ai risultati. Nella maggior parte dei casi, è necessario seguire il primo collegamento. Tuttavia, a volte non è necessario andare da nessun'altra parte: la risposta alla domanda è visibile in una breve descrizione delle informazioni.

Le sostanze più comuni per le quali si ricerca la capacità termica, compreso il calore specifico, sono:

• aria (secca) - 1.005 kJ/(kg K),
• alluminio - 0,930 kJ/(kg K),
• rame - 0,385 kJ/(kg K),
• etanolo - 2.460 kJ/(kg K),
• ferro - 0,444 kJ/(kg K),
• mercurio - 0,139 kJ/(kg K),
• ossigeno - 0,920 kJ/(kg K),
• legno - 1.700 kJ/(kg K),
• sabbia - 0,835 kJ/(kg K).

/(kg K), ecc.

La capacità termica specifica è solitamente indicata con le lettere C O CON, spesso con indici.

La capacità termica specifica è influenzata dalla temperatura della sostanza e da altri parametri termodinamici. Ad esempio, la misurazione della capacità termica specifica dell'acqua darà risultati diversi a 20 °C e 60 °C. Inoltre, la capacità termica specifica dipende da come possono variare i parametri termodinamici della sostanza (pressione, volume, ecc.); ad esempio, capacità termica specifica a pressione costante ( C P) e a volume costante ( CV), in generale, sono diversi.

Formula per il calcolo della capacità termica specifica:

$c=\backslash frac(Q)(\; m\backslash Delta\; T),$ Dove C- capacità termica specifica, Q- la quantità di calore ricevuta da una sostanza quando riscaldata (o rilasciata quando raffreddata), M- massa della sostanza riscaldata (raffreddata), Δ T- la differenza tra la temperatura finale e quella iniziale della sostanza.

La capacità termica specifica può dipendere (e in linea di principio, in senso stretto, dipende sempre, più o meno fortemente,) dalla temperatura, quindi è più corretta la seguente formula con valori piccoli (formalmente infinitesimali): $\backslash delta\; T$ E $\backslash deltaQ$:

$c(T)\; =\; \backslash frac\; 1\; (m)\; \backslash left(\backslash frac(\backslash delta\; Q)(\backslash delta\; T)\backslash right).$

Valori termici specifici per alcune sostanze

(Per i gas, viene fornita la capacità termica specifica in un processo isobarico (C p))

Tabella I: Valori di capacità termica specifica standard

Sostanza	Stato di aggregazione	Specifica capacità termica, kJ/(kg·K)
aria secca)	gas	1,005
aria (100% umidità)	gas	1,0301
alluminio	solido	0,903
berillio	solido	1,8245
ottone	solido	0,37
lattina	solido	0,218
rame	solido	0,385
molibdeno	solido	0,250
acciaio	solido	0,462
diamante	solido	0,502
etanolo	liquido	2,460
oro	solido	0,129
grafite	solido	0,720
elio	gas	5,190
idrogeno	gas	14,300
ferro	solido	0,444
Guida	solido	0,130
ghisa	solido	0,540
tungsteno	solido	0,134
litio	solido	3,582
	liquido	0,139
azoto	gas	1,042
oli di petrolio	liquido	1,67 - 2,01
ossigeno	gas	0,920
vetro al quarzo	solido	0,703
acqua 373 K (100 °C)	gas	2,020
acqua	liquido	4,187
ghiaccio	solido	2,060
mosto di birra	liquido	3,927
I valori si basano su condizioni standard se non diversamente specificato.

Tabella II: Valori di capacità termica specifica per alcuni materiali da costruzione

Sostanza	Specifica capacità termica kJ/(kg·K)
asfalto	0,92
mattone pieno	0,84
mattone di arenaria calcarea	1,00
calcestruzzo	0,88
vetro della corona (vetro)	0,67
selce (vetro)	0,503
vetro della finestra	0,84
granito	0,790
pietra ollare	0,98
gesso	1,09
marmo, mica	0,880
sabbia	0,835
acciaio	0,47
il suolo	0,80
legna	1,7

Guarda anche

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Appunti

Letteratura

• Tabelle delle grandezze fisiche. Manuale, ed. IK Kikoina, M., 1976.
• Sivukhin D.V. Corso generale di fisica. -T.II. Termodinamica e fisica molecolare.
• E.M. Lifshits // Sotto. ed. A. M. Prokhorova Enciclopedia fisica. - M.: “Enciclopedia sovietica”, 1998. - T. 2.<

Estratto che caratterizza la capacità termica specifica

- Funziona? – ripeté Natascia.
- Ti parlerò di me. Avevo un cugino...
- Lo so - Kirilla Matveich, ma è vecchio?
– Non è sempre stato un vecchio. Ma ecco cosa, Natasha, parlerò con Borya. Non ha bisogno di viaggiare così spesso...
- Perché non dovrebbe, se vuole?
- Perché so che tutto questo non finirà in niente.
- Perchè tu lo sai? No, mamma, non dirglielo. Che sciocchezza! - disse Natasha con il tono di una persona a cui vogliono togliere la sua proprietà.
"Beh, non mi sposerò, quindi lascialo andare, se lui si diverte e io mi diverto." – Natasha sorrise e guardò sua madre.
"Non sposato, proprio così", ripeté.
- Com'è, amico mio?
- Si si. Ebbene, è assolutamente necessario che non mi sposi, ma... così.
"Sì, sì", ripeté la contessa e, scuotendo tutto il corpo, rise con una risata gentile e inaspettata da vecchia.
"Smettila di ridere, smettila", gridò Natasha, "stai scuotendo tutto il letto". Mi assomigli terribilmente, la stessa risata... Aspetta... - Afferrò entrambe le mani della contessa, da una baciò l'osso del mignolo - giugno, e dall'altra continuò a baciare luglio, agosto. - Mamma, è molto innamorato? E i tuoi occhi? Eri così innamorato? E molto dolce, molto, molto dolce! Ma non è proprio di mio gusto: è stretto, come un orologio da tavolo... Non capisci?... Stretto, sai, grigio, chiaro...
- Perché menti! - disse la contessa.
Natascia continuò:
- Davvero non capisci? Nikolenka capirebbe... Quello senza orecchie è blu, blu scuro con rosso, ed è quadrangolare.
"Flirta anche tu con lui," disse ridendo la contessa.
- No, è un massone, ho scoperto. È carino, blu scuro e rosso, come faccio a spiegartelo...
"Contessa", si udì la voce del conte da dietro la porta. -Sei sveglio? – Natasha balzò in piedi a piedi nudi, afferrò le scarpe e corse nella sua stanza.
Non riuscì a dormire per molto tempo. Continuava a pensare che nessuno avrebbe potuto capire tutto quello che lei capiva e che era in lei.
"Sony?" pensò guardando la gatta addormentata e raggomitolata con la sua enorme treccia. "No, dove dovrebbe andare!" Lei è virtuosa. Si è innamorata di Nikolenka e non vuole sapere nient'altro. Nemmeno la mamma capisce. È incredibile quanto io sia intelligente e quanto... lei sia dolce", continuò, parlando a se stessa in terza persona e immaginando che un uomo molto intelligente, intelligente e gentile stesse parlando di lei... "Tutto, tutto è in lei .” , - ha continuato quest'uomo, - è insolitamente intelligente, dolce e poi brava, insolitamente brava, abile, nuota, cavalca in modo eccellente e ha una voce! Si potrebbe dire, una voce straordinaria!” Cantò la sua frase musicale preferita dell'Opera Cherubini, si gettò sul letto, rise con il pensiero gioioso che stava per addormentarsi, gridò a Dunyasha di spegnere la candela, e prima che Dunyasha avesse il tempo di lasciare la stanza, lei ero già passato in un altro mondo di sogni, ancora più felice, dove tutto era facile e meraviglioso come nella realtà, ma era solo ancora meglio, perché era diverso.

Il giorno successivo, la contessa, invitando Boris a casa sua, parlò con lui e da quel giorno smise di visitare i Rostov.

Il 31 dicembre, vigilia di Capodanno del 1810, le reveillon [cena notturna], ci fu un ballo a casa del nobile di Caterina. Al ballo avrebbero dovuto essere presenti il ​​corpo diplomatico e il sovrano.
Sulla Promenade des Anglais, la famosa casa di un nobile brillava di innumerevoli luci. All'ingresso illuminato con un drappo rosso c'era la polizia, e non solo i gendarmi, ma anche il capo della polizia all'ingresso e decine di agenti di polizia. Le carrozze partirono e ne arrivarono di nuove con valletti rossi e valletti con cappelli piumati. Dalle carrozze uscirono uomini in divisa, stelle e nastri; dame in raso ed ermellino scendevano con cautela i gradini rumorosamente posati e camminavano in fretta e in silenzio lungo la stoffa dell'ingresso.
Quasi ogni volta che arrivava una nuova carrozza, si sentiva un mormorio tra la folla e si toglievano i cappelli.
“Sovrano?... No, ministro... principe... inviato... Non vedete le piume?...” diceva dalla folla. Uno della folla, vestito meglio degli altri, sembrava conoscere tutti, e chiamava per nome i nobili più nobili di quel tempo.
Già un terzo degli ospiti era arrivato a questo ballo, e i Rostov, che avrebbero dovuto essere a questo ballo, si stavano ancora preparando frettolosamente a vestirsi.
Ci sono state molte chiacchiere e preparativi per questo ballo nella famiglia Rostov, molti timori che l'invito non sarebbe stato ricevuto, l'abito non sarebbe stato pronto e tutto non sarebbe andato come necessario.
Insieme ai Rostov, andò al ballo Marya Ignatievna Peronskaya, un'amica e parente della contessa, una damigella d'onore magra e gialla della vecchia corte, che guidava i Rostov provinciali nella più alta società di San Pietroburgo.
Alle 22 di sera i Rostov avrebbero dovuto andare a prendere la damigella d'onore al Giardino Tauride; eppure erano già le dieci meno cinque e le signorine non erano ancora vestite.
Natasha sarebbe andata al primo grande ballo della sua vita. Quel giorno si alzò alle 8 del mattino e rimase in preda all'ansia e all'attività febbrile tutto il giorno. Tutte le sue forze, fin dal mattino, erano mirate a far sì che tutti: lei, mamma, Sonya fossero vestiti nel miglior modo possibile. Sonya e la Contessa si fidavano completamente di lei. La contessa avrebbe dovuto indossare un abito di velluto masaka, loro due indossavano abiti bianchi fumosi su coperte di seta rosa con rose nel corpetto. I capelli dovevano essere pettinati alla grecque [in greco].
Tutto l'essenziale era già stato fatto: le gambe, le braccia, il collo, le orecchie erano già particolarmente accuratamente, come in una sala da ballo, lavate, profumate e incipriate; indossavano già calze di seta, a rete e scarpe di raso bianco con fiocchi; le acconciature erano quasi finite. Sonya finì di vestirsi, e anche la contessa; ma Natascia, che lavorava per tutti, rimase indietro. Era ancora seduta davanti allo specchio con una vestaglia drappeggiata sulle spalle esili. Sonya, già vestita, stava in mezzo alla stanza e, premendo dolorosamente con il mignolo, appuntò l'ultimo nastro che stridette sotto lo spillo.

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capacità termica specifica a volume costante- - [AS Goldberg. Dizionario energetico inglese-russo. 2006] Argomenti: energia in generale EN calore specifico a volume costantecalore specifico a volume costanteCv ... Guida del traduttore tecnico

Libri

• Fondamenti fisici e geologici dello studio del movimento dell'acqua negli orizzonti profondi, V.V. Trushkin In generale, il libro è dedicato alla legge di autoregolazione della temperatura dell'acqua con un corpo ospite, scoperta dall'autore nel 1991. Al all'inizio del libro, una rassegna dello stato delle conoscenze sul problema del movimento del profondo...