Питома теплоємність речовини – це фізична величина що показує, яку кількість теплоти потрібно передати 1 кг речовини, щоб підвищити її температуру на 1°C (або 1 Кельвін). Ця величина характеризує здатність речовини поглинати або віддавати теплоту.
Як позначається питома теплоємність речовини
Питома теплоємність речовини позначається латинською літерою c.
Загальна формула питомої теплоємкості:
c=Q/(m⋅Δt)
де:
- c – питома теплоємність (Дж/(кг·°C) або Дж/(кг·К)),
- Q – кількість теплоти, що передається (Дж),
- m – маса речовини (кг),
- Δt – зміна температури (°C або К).
Одиниці виміру питомої теплоємкості
В системі SI питома теплоємність вимірюється в Дж/(кг·°C) або Дж/(кг·К). Один Кельвін і один градус Цельсія для різниці температур є еквівалентними, тому ці одиниці взаємозамінні.
Значення для різних речовин:
- Вода: 4186 Дж/(кг·°C)
- Лід: 2100 Дж/(кг·°C)
- Залізо: 460 Дж/(кг·°C)
- Повітря: приблизно 1005 Дж/(кг·°C) при нормальних умовах
Інтерпретація:
Питома теплоємність визначає, наскільки швидко змінюється температура речовини при поглинанні або віддачі тепла. Наприклад:
- Вода має високу питому теплоємність, тому вона нагрівається та охолоджується повільніше порівняно з іншими речовинами, що робить її гарним тепловим акумулятором.
- Метали (як-от залізо) мають низьку питому теплоємність, тому швидко нагріваються й охолоджуються, що важливо для технічних застосувань.
Що впливає на питому теплоємність речовини
Питома теплоємність речовини залежить від кількох факторів:
- Агрегатний стан речовини: Одна й та сама речовина в різних фазах (твердий, рідкий, газоподібний стан) може мати різні значення питомої теплоємності. Наприклад, питома теплоємність льоду менша, ніж рідкої води.
- Температура: Для деяких речовин питома теплоємність змінюється з підвищенням або зниженням температури. Наприклад, у газів із зростанням температури може збільшуватися кількість внутрішньої енергії за рахунок активізації коливальних та обертальних рухів молекул.
- Тиск: У газах, особливо при високих тисках, питома теплоємність може змінюватися, адже зменшується об’єм доступного простору для молекул.
- Хімічний склад і структура: Речовини з більш складною молекулярною структурою зазвичай мають вищу теплоємність, оскільки потребують більше енергії для зміни температури.
Відмінності між теплоємністю при сталому об’ємі та сталому тиску
Для газів важливо розрізняти два види питомої теплоємності:
- C_v – питома теплоємність при сталому об’ємі.
- C_p – питома теплоємність при сталому тиску.
Зазвичай C_p > C_v, оскільки при сталому тиску газ виконує роботу розширення, що потребує додаткової енергії.
Практичне застосування
- Опалення та охолодження: Важливо враховувати питому теплоємність рідин та матеріалів, щоб ефективно розрахувати кількість енергії для нагрівання або охолодження.
- Теплообмінні процеси: У промисловості та в технічних установках, таких як чилери, важливо знати теплоємність охолоджувальних агентів для забезпечення ефективного теплообміну.
- Будівництво: Матеріали з різною питомою теплоємністю впливають на теплоізоляційні властивості будівель.
Питома теплоємність це основна характеристика при виборі матеріалів і речовин для технологічних та енергетичних процесів
Питома теплоємність речовин
Речовина | Агрегатний стан | Питома теплоємність (Дж/(кг·°C)) | Примітки |
Вода | Рідина | 4186 | Висока теплоємність, ефективний теплоносій |
Лід | Твердий | 2100 | Нижча, ніж у рідкої води |
Залізо | Твердий | 460 | Швидко нагрівається та охолоджується |
Алюміній | Твердий | 897 | Використовується в теплообмінниках |
Мідь | Твердий | 385 | Висока теплопровідність, низька теплоємність |
Повітря | Газоподібний | 1005 | При нормальних умовах |
Водяна пара | Газоподібний | ~1850 | Вища теплоємність через фазовий перехід |
Ртуть | Рідина | 140 | Низька теплоємність, використовується в термометрах |
Бетон | Твердий | ~880 | Важливий показник для будівництва |
Гліцерин | Рідина | 2430 | Використовується в охолоджувальних системах |
