A víz az egyik legcsodálatosabb anyag. Széleskörű és széles körben elterjedt használata ellenére a természet igazi rejtélye. Mivel az egyik oxigénvegyület, a víznek nagyon alacsony jellemzőkkel kell rendelkeznie, mint például a fagyás, a párolgási hő stb. De ez nem történik meg. A víz hőkapacitása önmagában mindennek ellenére rendkívül magas.

A víz hatalmas mennyiségű hőt képes elnyelni, miközben gyakorlatilag nem melegszik fel - ez az fizikai jellemző. a víz körülbelül ötször nagyobb a homok hőkapacitásánál, és tízszer nagyobb, mint a vasé. Ezért a víz természetes hűtőfolyadék. Nagy mennyiségű energiát felhalmozó képessége lehetővé teszi, hogy kiegyenlítse a hőmérséklet-ingadozásokat a Föld felszínén, és szabályozza a hőviszonyokat az egész bolygón, és ez az évszaktól függetlenül megtörténik.

Ez egyedi ingatlan A víz lehetővé teszi hűtőfolyadékként való felhasználását az iparban és otthon. Ráadásul a víz széles körben elérhető és viszonylag olcsó nyersanyag.

Mit értünk hőkapacitás alatt? A termodinamikai kurzusból ismeretes, hogy a hőátadás mindig meleg testről hidegre történik. Ebben az esetben egy bizonyos mennyiségű hő átadásáról beszélünk, és mindkét test hőmérséklete, mint az állapotuk jellemzője, mutatja ennek a cserének az irányát. A folyamat során egy fémtest azonos tömegű vízzel azonos kezdeti hőmérsékletek a fém többszörösen változtatja hőmérsékletét, mint a víz.

Ha posztulátumnak vesszük a termodinamika alapállítását - két test (a többitől elszigetelve), a hőcsere során az egyik ad le, a másik pedig azonos mennyiségű hőt kap, akkor világossá válik, hogy a fémnek és a víznek teljesen más a hője. kapacitások.

Így a víz (és bármely anyag) hőkapacitása egy olyan mutató, amely egy adott anyag azon képességét jellemzi, hogy hűtéskor (fűtésekor) egységhőmérsékletre vetítve adjon (vagy fogadjon) valamit.

Egy anyag fajlagos hőkapacitása az a hőmennyiség, amely egy egységnyi anyag (1 kilogramm) 1 fokkal történő felmelegítéséhez szükséges.

A test által kibocsátott vagy elnyelt hő mennyisége megegyezik a fajlagos hőkapacitás, a tömeg és a hőmérséklet-különbség szorzatával. Kalóriában mérik. Egy kalória pontosan annyi hőmennyiség, amely 1 g víz 1 fokkal való felmelegítésére elegendő. Összehasonlításképpen: a levegő fajlagos hőkapacitása 0,24 cal/g ∙°C, az alumínium - 0,22, a vas - 0,11, a higany - 0,03.

A víz hőkapacitása nem állandó. Ahogy a hőmérséklet 0-ról 40 fokra emelkedik, enyhén csökken (1,0074-ről 0,9980-ra), míg az összes többi anyagnál ez a jellemző melegítés közben nő. Ráadásul a nyomás növekedésével (mélységben) csökkenhet.

Mint tudják, a víznek három halmazállapota van - folyékony, szilárd (jég) és gáznemű (gőz). Ugyanakkor a jég fajlagos hőkapacitása körülbelül 2-szer kisebb, mint a vízé. Ez a fő különbség a víz és más anyagok között, amelyek fajlagos hőkapacitása nem változik szilárd és olvadt állapotban. mi a titok?

A tény az, hogy a jég kristályos szerkezetű, amely nem esik azonnal össze melegítéskor. A víz kis jégrészecskéket tartalmaz, amelyek több molekulából állnak, amelyeket társított molekuláknak neveznek. Amikor a vizet melegítik, annak egy részét a hidrogénkötések megsemmisítésére fordítják ezekben a képződményekben. Ez magyarázza a víz szokatlanul nagy hőkapacitását. A molekulái közötti kötések csak akkor semmisülnek meg teljesen, amikor a víz gőzzé alakul.

A fajlagos hőkapacitás 100°C-on szinte nem különbözik a 0°C-os jégétől. Ez ismét megerősíti a helyességet. ezt a magyarázatot. A gőz hőkapacitása, akárcsak a jég hőkapacitása, jelenleg sokkal jobban tanulmányozott, mint a víz, amivel kapcsolatban a tudósok még nem jutottak konszenzusra.

A fizika és a termikus jelenségek meglehetősen kiterjedt szakasz, amelyet alaposan tanulmányoznak az iskolai kurzusban. Ebben az elméletben nem az utolsó helyet a konkrét mennyiségek kapják. Ezek közül az első a fajlagos hőkapacitás.

A „specifikus” szó értelmezésére azonban általában nem fordítanak kellő figyelmet. A tanulók egyszerűen adottságként emlékeznek rá. Mit jelent ez?

Ha belenéz Ozsegov szótárába, azt olvashatja, hogy egy ilyen mennyiséget arányként határoznak meg. Sőt, tömegre, térfogatra vagy energiára vonatkoztatva is végrehajtható. Mindezeket a mennyiségeket eggyel egyenlőnek kell venni. Mihez kapcsolódik a fajlagos hőkapacitás?

A tömeg és a hőmérséklet szorzatához. Ezen túlmenően az értéküknek egynek kell lennie. Vagyis az osztó az 1-et fogja tartalmazni, de mérete a kilogramm és a Celsius-fok kombinációja. Ezt figyelembe kell venni a fajlagos hőkapacitás definíciójának megfogalmazásakor, amelyet kicsit alább adunk meg. Van egy képlet is, amelyből egyértelműen kiderül, hogy ez a két mennyiség benne van a nevezőben.

Mi az?

Egy anyag fajlagos hőkapacitása abban a pillanatban kerül bevezetésre, amikor a fűtéssel kapcsolatos helyzetet figyelembe vesszük. Enélkül nem lehet tudni, hogy mennyi hőre (vagy energiára) lesz szükség ehhez a folyamathoz. És számítsa ki az értékét is, amikor a test lehűl. Egyébként ez a két hőmennyiség modulusban egyenlő egymással. De van nekik különböző jelek. Tehát az első esetben pozitív, mert energiát kell elkölteni, és az átkerül a szervezetbe. A második hűtési helyzet ad negatív szám, mert hő szabadul fel és a szervezet belső energiája csökken.

Ez ki van jelölve fizikai mennyiség latin betű c. Egy kilogramm anyag egy fokkal történő felmelegítéséhez szükséges bizonyos hőmennyiség. Egy iskolai fizika tanfolyamon ez a diploma a Celsius-skála szerinti fokozat.

Hogyan kell számolni?

Ha tudni szeretné, mi a fajlagos hőkapacitás, a képlet így néz ki:

c = Q / (m * (t 2 - t 1)), ahol Q a hőmennyiség, m az anyag tömege, t 2 az a hőmérséklet, amelyet a test a hőcsere eredményeként elért, t 1 az anyag kezdeti hőmérséklete. Ez az 1-es számú képlet.

E képlet alapján ennek a mennyiségnek a mértékegysége az nemzetközi rendszer mértékegysége (SI) J/(kg*ºС).

Hogyan találhatunk más mennyiségeket ebből az egyenlőségből?

Először is a hőmennyiség. A képlet így fog kinézni: Q = c * m * (t 2 - t 1). Csak az SI-egységben megadott értékeket kell helyettesíteni. Vagyis a tömeg kilogrammban, a hőmérséklet Celsius-fokban. Ez a 2-es számú képlet.

Másodszor, egy anyag tömege, amely lehűl vagy felmelegszik. A képlet a következő lesz: m = Q / (c * (t 2 - t 1)). Ez a 3-as számú képlet.

Harmadszor, a hőmérséklet változása Δt = t 2 - t 1 = (Q / c * m). A „Δ” jelet „delta”-ként értelmezzük, és az érték változását jelzi, in ebben az esetben hőmérséklet. Formula No. 4.

Negyedszer, az anyag kezdeti és végső hőmérséklete. Az anyag melegítésére érvényes képletek így néznek ki: t 1 = t 2 - (Q / c * m), t 2 = t 1 + (Q / c * m). Ezeknek a képleteknek 5-ös és 6-os számuk van. Ha a feladatban arról beszélünk egy anyag hűtésére vonatkozóan, akkor a képletek: t 1 = t 2 + (Q / c * m), t 2 = t 1 - (Q / c * m). Ezek a képletek a 7. és 8. sz.

Milyen jelentései lehetnek?

Kísérletileg megállapították, hogy milyen értékei vannak az egyes anyagok esetében. Ezért egy speciális fajlagos hőkapacitási táblázat készült. Leggyakrabban normál körülmények között érvényes adatokat tartalmaz.

Milyen laboratóriumi munkát jelent a fajlagos hőkapacitás mérése?

Az iskolai fizika tantárgyban szilárd testre definiálják. Sőt, hőkapacitását az ismerthez képest számítják ki. Ezt a legegyszerűbben vízzel lehet megtenni.

A munka során meg kell mérni a víz és a felmelegített szilárd anyag kezdeti hőmérsékletét. Ezután engedje le a folyadékba, és várja meg a termikus egyensúly elérését. A teljes kísérlet kaloriméterben történik, így az energiaveszteség elhanyagolható.

Ezután fel kell írni a képletet a hőmennyiségre vonatkozóan, amelyet a víz szilárd anyagból melegítve kap. A második kifejezés azt az energiát írja le, amelyet a test hűtés közben bocsát ki. Ez a két érték egyenlő. Matematikai számításokkal meg kell határozni a szilárd anyagot alkotó anyag fajlagos hőkapacitását.

Leggyakrabban azt javasolják, hogy hasonlítsák össze a táblázati értékekkel, hogy megpróbálják kitalálni, milyen anyagból áll a vizsgált test.

1. számú feladat

Állapot. A fém hőmérséklete 20 és 24 Celsius fok között változik. Ugyanakkor belső energiája 152 J-el nőtt. Mekkora a fém fajhője, ha tömege 100 gramm?

Megoldás. A válasz megtalálásához az 1. szám alá írt képletet kell használni. A számításokhoz szükséges összes mennyiség megvan. Csak először át kell konvertálnia a tömeget kilogrammokra, különben rossz lesz a válasz. Mert minden mennyiségnek meg kell felelnie az SI-ben elfogadottnak.

Egy kilogrammban 1000 gramm van. Ez azt jelenti, hogy 100 grammot el kell osztani 1000-rel, 0,1 kilogrammot kapsz.

Az összes mennyiség behelyettesítése a következő kifejezést adja: c = 152 / (0,1 * (24 - 20)). A számítások nem különösebben bonyolultak. Az összes művelet eredménye a 380-as szám.

Válasz: s = 380 J/(kg * ºС).

2. probléma

Állapot. Határozza meg azt a végső hőmérsékletet, amelyre az 5 literes víz lehűl, ha 100 ºC-ra vesszük és szétválasztjuk környezet 1680 kJ hő.

Megoldás.Érdemes azzal kezdeni, hogy az energiát nem rendszerszintű egységben adják meg. A kilojoule-t át kell váltani joule-ra: 1680 kJ = 1680000 J.

A válasz megtalálásához a 8-as képletet kell használni. A tömeg azonban megjelenik benne, és a feladatban ez ismeretlen. De a folyadék térfogata adott. Ez azt jelenti, hogy használhatjuk az m = ρ * V képletet. A víz sűrűsége 1000 kg/m3. De itt a kötetet be kell cserélni köbméter. A literből való átszámításhoz el kell osztani 1000-rel. Így a víz térfogata 0,005 m 3.

Az értékeket a tömegképletbe behelyettesítve a következő kifejezést kapjuk: 1000 * 0,005 = 5 kg. Meg kell néznie a fajlagos hőkapacitást a táblázatban. Most továbbléphet a 8. képletre: t 2 = 100 + (1680000 / 4200 * 5).

Az első művelet a szorzás: 4200 * 5. Az eredmény 21000. A második az osztás. 1680000: 21000 = 80. Az utolsó a kivonás: 100 - 80 = 20.

Válasz. t 2 = 20 ºС.

3. probléma

Állapot. Van egy 100 g súlyú főzőpohár, és 50 g vizet öntünk bele. A víz kezdeti hőmérséklete az üveggel együtt 0 Celsius fok. Mennyi hő szükséges a víz felforralásához?

Megoldás. Kezdésnek jó hely egy megfelelő jelölés bevezetése. Legyen az üvegre vonatkozó adatok indexe 1, a víz esetében pedig 2. A táblázatban meg kell találnia a fajlagos hőkapacitásokat. A főzőpohár laboratóriumi üvegből készül, így értéke c 1 = 840 J/ (kg * ºC). A vízre vonatkozó adatok: c 2 = 4200 J/ (kg * ºС).

Tömegüket grammban adják meg. Ezeket kilogrammra kell konvertálni. Ezen anyagok tömegét a következőképpen jelöljük: m 1 = 0,1 kg, m 2 = 0,05 kg.

A kezdeti hőmérséklet megadva: t 1 = 0 ºС. A végső értékről ismert, hogy ez a víz forráspontjának felel meg. Ez t 2 = 100 ºС.

Mivel az üveg a vízzel együtt felmelegszik, a szükséges hőmennyiség kettő összege lesz. Az első, amely az üveg melegítéséhez szükséges (Q 1), a második pedig a víz melegítésére szolgál (Q 2). Kifejezésükhöz egy második képletre lesz szükség. Kétszer kell leírni különböző indexekkel, majd összegezni őket.

Kiderül, hogy Q = c 1 * m 1 * (t 2 - t 1) + c 2 * m 2 * (t 2 - t 1). A közös tényező (t 2 - t 1) zárójelből kivehető a könnyebb kiszámítás érdekében. Ekkor a hőmennyiség kiszámításához szükséges képlet a következő formában lesz: Q = (c 1 * m 1 + c 2 * m 2) * (t 2 - t 1). Most helyettesítheti a feladatban ismert mennyiségeket, és kiszámíthatja az eredményt.

Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 - 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (J).

Válasz. Q = 29400 J = 29,4 kJ.

Az az energiamennyiség, amelyet 1 g anyaghoz kell juttatni ahhoz, hogy a hőmérséklete 1°C-kal növekedjen. Definíció szerint 1 g víz hőmérsékletének 1°C-kal történő növeléséhez 4,18 J Környezetvédelem szükséges enciklopédikus szótár.… … Ökológiai szótár

fajlagos hő- [A.S. Goldberg. Angol-orosz energiaszótár. 2006] Az energia témakörei általában EN fajlagos hőSH ...

SPECIFIKUS HŐ- fizikai 1 kg anyag 1 K (cm)-rel történő felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséggel mért mennyiség. A fajlagos hőkapacitás SI egysége (cm) kilogrammonként kelvin (J kg∙K)) ... Nagy Politechnikai Enciklopédia

fajlagos hő- savitoji šiluminė talpa statusas T terület fizika atitikmenys: engl. tömegegységre jutó hőkapacitás; tömeges hőkapacitás; fajlagos hőkapacitás vok. Eigenwärme, f; specifische Wärme, f; spezifische Wärmekapazität, f rus. tömeghőkapacitás, f;… … Fizikos terminų žodynas

Lásd: Hőteljesítmény... Nagy szovjet enciklopédia

fajlagos hő- fajlagos hő... Kémiai szinonimák szótára I

gáz fajlagos hőkapacitása-- Témák olaj- és gázipar HU gáz fajhő... Műszaki fordítói útmutató

az olaj fajlagos hőkapacitása- - Témakörök olaj- és gázipar HU olajfajlagos hő ... Műszaki fordítói útmutató

fajlagos hőkapacitás állandó nyomáson- [A.S. Goldberg. Angol-orosz energiaszótár. 2006] Témák: energia általában EN fajhő állandó nyomásoncpkonstans nyomás fajhő ... Műszaki fordítói útmutató

fajlagos hőkapacitás állandó térfogat mellett- - [A.S. Goldberg. Angol-orosz energiaszótár. 2006] Témák: energia általában EN fajhő állandó térfogatonállandó térfogatú fajhőCv ... Műszaki fordítói útmutató

Könyvek

• A vízmozgás tanulmányozásának fizikai és geológiai alapjai, V. V. Truskin A könyvet általában a víz hőmérsékletének gazdatesttel történő önszabályozásának szentelték, amelyet a szerző 1991-ben fedezett fel. a könyv eleje, áttekintés a mélymozgás problémájának ismeretanyagáról...

Hossz- és távolságátalakító Tömegátalakító Ömlesztett termékek és élelmiszerek térfogatmérőinek konvertere Terület-átalakító Térfogat- és mértékegység-átalakító kulináris receptekben Hőmérséklet-átalakító Nyomás, mechanikai igénybevétel, Young-modulus energia- és munkaátalakító Teljesítményátalakító Erőátalakító Időátalakító Lineáris fordulatszám-átalakító Laposszögű konverter Hőhatékonyság és üzemanyag-fogyasztás számátalakító különféle rendszerek jelölés Az információmennyiség mértékegységeinek átváltója Árfolyamok Méretek női ruházatés cipők Férfi ruházat és cipő méretei Szögsebesség- és fordulatszám-átalakító Gyorsulás-átalakító Szöggyorsulás-átalakító Sűrűség-átalakító Fajlagos térfogat-átalakító Tehetetlenségi nyomaték-átalakító Erőnyomaték-átalakító Nyomatékváltó-átalakító fajlagos hőégés (tömeg szerint) Energiasűrűség és égéshő konverter (térfogat szerint) Hőmérséklet-különbség-átalakító Hőtágulási együttható konverter Átalakító hőellenállás Hővezetőképesség-átalakító fajlagos hőkapacitás-átalakító energia-expozíció és hősugárzás teljesítmény-átalakító sűrűség-átalakító hőáramlás Hőátbocsátási tényező konverter Térfogatáram-átalakító Tömegáram-átalakító Moláris áramlási sebesség átalakító Tömegáram-sűrűség-átalakító Moláris koncentráció-átalakító Tömegkoncentráció az oldatban Dinamikus (abszolút) viszkozitás-átalakító Kinematikus viszkozitás-átalakító Felületi feszültség-átalakító Páraáteresztő képesség-átalakító Gőzáteresztő- és gőzáteresztő-átalakító Hangszint-átalakító Mikrofon érzékenység-átalakító Hangnyomásszint (SPL) konverter Hangnyomásszint-átalakító választható referencianyomással Fényerő-átalakító Fényerő-átalakító Fényerő-átalakító Számítógépes grafikai felbontás átalakító Frekvencia- és hullámhossz-átalakító Optikai teljesítmény dioptriában ill. gyújtótávolság Optikai teljesítmény dioptriában és lencsenagyításban (×) Elektromos töltés-átalakító Lineáris töltéssűrűség-átalakító Felületi töltéssűrűség-átalakító térfogat-töltéssűrűség-átalakító elektromos áram Lineáris áramsűrűség-átalakító Felületi áramsűrűség-átalakító Feszültség-átalakító elektromos mező Elektrosztatikus potenciál és feszültség átalakító elektromos ellenállás Elektromos ellenállás-átalakító Elektromos vezetőképesség-átalakító Elektromos vezetőképesség-átalakító Elektromos kapacitás Induktivitás-átalakító Amerikai huzalmérő átalakító Szint dBm-ben (dBm vagy dBmW), dBV-ben (dBV), wattban és egyéb mértékegységekben Magnetomotoros erő átalakító Feszültségváltó mágneses mezőÁtalakító mágneses fluxus Mágneses indukciós konverter Sugárzás. Ionizáló sugárzás elnyelt dózisteljesítmény átalakító Radioaktivitás. Átalakító radioaktív bomlás Sugárzás. Expozíciós dózis átalakító Sugárzás. Elnyelt dózis átalakító Decimális előtag konverter adatátvitel Tipográfia és képfeldolgozó egységek konvertáló fa térfogategység konverter számítása moláris tömeg Periódusos rendszer kémiai elemek D. I. Mengyelejev

Kezdeti érték

Átszámított érték

joule per kilogramm per kelvin joule per kilogramm per °C joule per gramm per °C kilojoule per kilogramm per kelvin kilojoule per kilogramm per °C kalória (IT) per gramm per °C kalória (IT) per gramm per °F kalória ( therm. ) per gramm per °C kilokalória (int.) per kg per °C kalória (term.) per kg per °C kilokalória (int.) per kg per kelvin kilokalória (int.) per kg per kelvin kgf-meter per kilogramm per kelvin font-force láb per font per °Rankine BTU (int.) per font per °F BTU (term.) per font per °F BTU (int.) per font per °Rankine BTU (int.) per font per °Rankine BTU (int.) per font per °C Celsius-fok. egységek font per °C

Tömegkoncentráció az oldatban

Bővebben a fajlagos hőkapacitásról

Általános információk

A molekulák hő hatására mozognak – ezt a mozgást nevezik molekuláris diffúzió. Minél magasabb egy anyag hőmérséklete, annál gyorsabban mozognak a molekulák, és annál intenzívebb a diffúzió. A molekulák mozgását nemcsak a hőmérséklet, hanem a nyomás, az anyag viszkozitása és koncentrációja, diffúziós ellenállása, a molekulák mozgásukkor megtett távolsága és tömege is befolyásolja. Például, ha összehasonlítjuk a diffúziós folyamatot vízben és mézben, amikor a viszkozitáson kívül minden más változó egyenlő, akkor nyilvánvaló, hogy a vízben a molekulák gyorsabban mozognak és diffundálnak, mint a mézben, mivel a méz viszkozitása magasabb.

A molekuláknak energiára van szükségük a mozgáshoz, és minél gyorsabban mozognak, annál több energiát igényelnek. Ebben az esetben a hő az egyik felhasznált energiafajta. Vagyis ha egy bizonyos hőmérsékletet fenntartunk egy anyagban, akkor a molekulák elmozdulnak, és ha a hőmérsékletet növeljük, akkor a mozgás felgyorsul. Az energiát hő formájában nyerjük tüzelőanyag elégetésével, pl. földgáz, szén vagy fa. Ha több anyagot melegít fel azonos energiamennyiség felhasználásával, egyes anyagok valószínűleg gyorsabban melegednek fel, mint mások a nagyobb diffúzió miatt. A hőkapacitás és a fajlagos hőkapacitás az anyagoknak éppen ezeket a tulajdonságait írja le.

Fajlagos hő meghatározza, hogy mennyi energiára (vagyis hőre) van szükség egy bizonyos tömegű test vagy anyag hőmérsékletének egy bizonyos mértékű megváltoztatásához. Ez a tulajdonság különbözik a hőkapacitás, amely meghatározza azt az energiamennyiséget, amely egy egész test vagy anyag hőmérsékletének egy bizonyos hőmérsékletre történő megváltoztatásához szükséges. A hőkapacitás számításánál a fajlagos hőkapacitástól eltérően a tömeget nem veszik figyelembe. A hőkapacitást és a fajlagos hőkapacitást csak stabil aggregált állapotban lévő anyagokra és testekre számítják ki, pl. szilárd anyagok. Ez a cikk mindkét fogalmat tárgyalja, mivel kapcsolatban állnak egymással.

Anyagok és anyagok hőkapacitása és fajlagos hőkapacitása

Fémek

A fémek nagyon erős molekulaszerkezettel rendelkeznek, mivel a fémekben és más szilárd anyagokban lévő molekulák közötti távolság sokkal kisebb, mint a folyadékokban és gázokban. Emiatt a molekulák csak nagyon kis távolságokon tudnak mozogni, és ennek megfelelően ahhoz, hogy nagyobb sebességgel mozogjanak, sokkal kevesebb energiára van szükség, mint a folyadékok és gázok molekuláihoz. E tulajdonságuk miatt fajlagos hőkapacitásuk alacsony. Ez azt jelenti, hogy nagyon könnyű megemelni a fém hőmérsékletét.

Víz

Másrészt a víznek nagyon nagy a fajlagos hőkapacitása, még a többi folyadékhoz képest is, így sokkal több energia kell egy egységnyi tömegű víz egy fokkal történő felmelegítéséhez, a kisebb fajhőkapacitású anyagokhoz képest. A víz nagy hőkapacitással rendelkezik a vízmolekulában lévő hidrogénatomok közötti erős kötések miatt.

A víz a Földön élő összes élő szervezet és növény egyik fő alkotóeleme, ezért fajlagos hőkapacitása is szerepet játszik nagy szerepet az életért bolygónkon. A víz nagy fajlagos hőkapacitása miatt a növényekben a folyadék, az állatok testében az üregfolyadék hőmérséklete még nagyon hideg vagy nagyon meleg napokon is alig változik.

A víz rendszert biztosít a termikus rezsim fenntartására mind az állatokban, mind a növényekben, valamint a Föld egészén. Bolygónk nagy részét víz borítja, így a víz nagy szerepet játszik az időjárás és az éghajlat szabályozásában. Még azzal is nagy mennyiségben a napsugárzásnak a Föld felszínére gyakorolt ​​hatására érkező hő, az óceánok, tengerek és más víztestek vizének hőmérséklete fokozatosan emelkedik, és a környező hőmérséklet is lassan változik. Másrészt a napsugárzás hőintenzitásának hőmérsékletre gyakorolt ​​hatása nagy a vízzel borított nagy felületű bolygókon, mint például a Földön, vagy a Föld olyan területein, ahol kevés a víz. Ez különösen észrevehető, ha megnézi a nappali és az éjszakai hőmérséklet közötti különbséget. Például az óceán közelében kicsi a különbség a nappali és az éjszakai hőmérséklet között, de a sivatagban óriási.

A víz nagy hőkapacitása azt is jelenti, hogy a víz nemcsak lassan melegszik fel, hanem lassan hűl is. Ennek a tulajdonságának köszönhetően a vizet gyakran használják hűtőközegként, azaz hűtőközegként. Ráadásul az alacsony ára miatt kifizetődő a víz használata. Hideg éghajlatú országokban melegvíz fűtőcsövekben kering. Etilénglikollal keverve az autók hűtőiben használják a motor hűtésére. Az ilyen folyadékokat fagyállónak nevezik. Az etilén-glikol hőkapacitása kisebb, mint a víz hőkapacitása, így egy ilyen keverék hőkapacitása is alacsonyabb, ami azt jelenti, hogy a fagyálló hűtőrendszer hatékonysága is alacsonyabb, mint a vizes rendszeré. Ezt azonban el kell viselnie, mivel az etilén-glikol megakadályozza, hogy a víz télen megfagyjon, és károsítsa az autó hűtőrendszerének csatornáit. Több etilénglikolt adnak a hidegebb éghajlatra tervezett hűtőfolyadékokhoz.

Hőteljesítmény a mindennapi életben

Ha minden más tényező változatlan, az anyagok hőkapacitása határozza meg, hogy milyen gyorsan melegednek fel. Minél nagyobb a fajhő, annál több energiára van szükség az anyag felmelegítéséhez. Vagyis ha két különböző hőkapacitású anyagot azonos hőmennyiséggel és azonos körülmények között hevítünk, akkor a kisebb hőkapacitású anyag gyorsabban melegszik fel. A nagy hőkapacitású anyagok éppen ellenkezőleg, felmelegszenek és lassabban adják vissza a hőt a környezetbe.

Konyhai eszközök és edények

Leggyakrabban edényekhez választunk anyagokat és konyhai eszközök, hőkapacitásuk alapján. Ez főként a hővel közvetlenül érintkező tárgyakra vonatkozik, például edényekre, tányérokra, sütőedényekre és más hasonló edényekre. Például edényekhez és serpenyőkhöz jobb alacsony hőkapacitású anyagokat, például fémeket használni. Ez megkönnyíti és gyorsabb hőátadást a fűtőberendezésről a serpenyőn keresztül az ételre, és felgyorsítja a főzési folyamatot.

Másrészt, mivel a nagy hőkapacitású anyagok hosszú ideig megtartják a hőt, jól használhatók szigetelésre, vagyis amikor meg kell tartani a termékek hőjét és meg kell akadályozni, hogy a környezetbe kerüljön, vagy fordítva. , hogy a helyiség hője ne melegítse fel a hűtött termékeket. Az ilyen anyagokat leggyakrabban tányérokhoz és csészékhez használják, amelyekben forró vagy fordítva nagyon hideg ételeket és italokat szolgálnak fel. Nemcsak a termék hőmérsékletének fenntartásában segítenek, hanem megakadályozzák az emberek megégését is. Kerámiából és habpolisztirolból készült edények - jó példák ilyen anyagok használata.

Élelmiszer-termékek szigetelése

Számos tényezőtől, például az élelmiszerek víz- és zsírtartalmától függően változik a hőkapacitásuk és a fajlagos hőkapacitásuk. A főzés során az élelmiszerek hőkapacitásának ismerete lehetővé teszi egyes termékek szigetelési felhasználását. Ha a szigetelő termékeket más élelmiszerek fölé helyezi, akkor az alatta lévő élelmiszer hosszabb ideig megtartja a hőt. Ha ezen hőszigetelő termékek alatti edények nagy hőkapacitásúak, akkor lassan hőt bocsátanak ki a környezetbe. Miután jól felmelegedtek, a tetején lévő szigetelő termékeknek köszönhetően még lassabban veszítenek hőből és vízből. Ezért tovább melegek maradnak.

A hőszigetelő élelmiszer például a sajt, különösen a pizzán és más hasonló ételeken. Amíg nem olvad meg, átengedi a vízgőzt, így az alatta lévő élelmiszer gyorsan lehűl, ahogy a benne lévő víz elpárolog, és ezáltal lehűti az azt tartalmazó élelmiszert. Az olvasztott sajt beborítja az edény felületét és szigeteli az ételt alatta. A sajt alatt gyakran vannak olyan termékek, amelyekkel magas tartalom víz, például szószok és zöldségek. Ennek köszönhetően nagy hőkapacitásúak és hosszú ideig megtartják a hőt, különösen azért, mert olvasztott sajt alatt vannak, ami nem bocsát ki vízgőzt. Emiatt a pizza olyan forrón jön ki a sütőből, hogy könnyen megégetheti magát a szósszal vagy a zöldségekkel, még akkor is, ha a tészta a széle körül már kihűlt. A pizza sajt alatti felülete nem hűl ki sokáig, így a pizza jól szigetelt hőzsákban házhoz szállítható.

Egyes receptek a sajtokhoz hasonlóan a szószokat használják az alatta lévő étel szigetelésére. Minél magasabb a mártás zsírtartalma, annál jobban elszigeteli az ételt – ebben az esetben különösen jók a vaj- vagy tejszín alapú szószok. Ez ismét annak köszönhető, hogy a zsír megakadályozza a víz elpárolgását, és ezáltal a párolgáshoz szükséges hő kinyerését.

A főzés során olykor hőszigetelésre olyan anyagokat használnak, amelyek nem alkalmasak ételkészítésre. Közép-Amerikában, a Fülöp-szigeteken, Indiában, Thaiföldön, Vietnamban és sok más országban szakácsok gyakran használnak banánlevelet erre a célra. Nemcsak a kertben gyűjthetők, hanem boltban vagy piacon is megvásárolhatók – még olyan országokba is behozzák e célból, ahol nem termesztenek banánt. Néha elkülönítési célokra használják alumínium fólia. Nemcsak a víz elpárolgását akadályozza meg, hanem segít bent tartani a hőt azáltal, hogy megakadályozza a hőátadást sugárzás formájában. Ha sütéskor a madár szárnyait és egyéb kiálló részeit fóliába csomagoljuk, a fólia megakadályozza, hogy túlmelegedjenek és megégjenek.

Főzés

A magas zsírtartalmú élelmiszerek, például a sajtok hőkapacitása alacsony. Kevesebb energiával jobban felmelegszenek, mint a nagy hőkapacitású élelmiszerek, és elég magas hőmérsékletet érnek el ahhoz, hogy a Maillard-reakció bekövetkezzen. A Maillard-reakció az kémiai reakció, amely a cukrok és az aminosavak között fordul elő, és megváltoztatja az ízt és megjelenés termékek. Ez a reakció fontos néhány főzési módban, mint például a kenyér és péksütemények lisztből történő sütése, az ételek sütőben való sütése és a sütés. Ahhoz, hogy az élelmiszerek hőmérsékletét arra a hőmérsékletre emeljék, amelyen ez a reakció végbemegy, a főzéshez magas zsírtartalmú ételeket használnak.

Cukor a főzésben

A cukor fajhője még a zsírénál is alacsonyabb. Mivel a cukor gyorsan felmelegszik a víz forráspontjánál magasabb hőmérsékletre, a konyhában való munkavégzés megköveteli a biztonsági szabályok betartását, különösen karamell vagy édességek elkészítésekor. Rendkívül óvatosnak kell lennie a cukor olvasztásakor, és ne öntse a védtelen bőrre, mivel a cukor hőmérséklete eléri a 175 °C-ot (350 °F), és az olvadt cukor égési sérülései nagyon súlyosak lesznek. Bizonyos esetekben ellenőrizni kell a cukor állagát, de ezt soha nem szabad puszta kézzel megtenni, ha a cukrot melegítik. Az emberek gyakran elfelejtik, hogy a cukor milyen gyorsan és milyen forrón tud felmelegedni, ezért megégnek. Attól függően, hogy mire való az olvasztott cukor, konzisztenciája és hőmérséklete a segítségével ellenőrizhető hideg víz, az alábbiakban leírtak szerint.

A cukor és a cukorszirup tulajdonságai a főzés hőmérsékletétől függően változnak. A forró cukorszirup lehet vékony, mint a legvékonyabb méz, vastag, vagy valahol a vékony és a vastag között. A cukorkák, karamell és édes szószok receptjei általában nemcsak azt a hőmérsékletet határozzák meg, amelyre a cukrot vagy a szirupot fel kell melegíteni, hanem a cukor keménységi fokát is, például a „puha golyó” vagy a „kemény golyó” fokozatot. . Az egyes szakaszok neve megfelel a cukor állagának. Az állag meghatározásához a cukrász néhány csepp szirupot csepegtet a jeges víz, lehűti őket. Ezt követően érintéssel ellenőrizzük a konzisztenciát. Így például, ha a kihűlt szirup besűrűsödött, de nem keményedett meg, hanem puha marad és golyóvá formálható, akkor a szirup „lágygolyós” állapotúnak minősül. Ha a fagyasztott szirup formája nagyon nehéz, de kézzel még változtatható, akkor a „kemény golyó” fázisban van. A cukrászok gyakran használnak ételhőmérőt, és manuálisan is ellenőrzik a cukor állagát.

Élelmiszerbiztonság

A termékek hőkapacitásának ismeretében meghatározható, hogy mennyi ideig kell őket hűteni vagy melegíteni, hogy olyan hőmérsékletet érjenek el, amelyen nem romlanak meg, és amelyen a szervezetre káros baktériumok elpusztulnak. Például egy bizonyos hőmérséklet eléréséhez a nagyobb hőkapacitású ételek hosszabb ideig tartanak lehűlni vagy felmelegedni, mint az alacsony hőkapacitásúak. Vagyis az étel főzésének időtartama attól függ, hogy milyen termékeket tartalmaznak benne, valamint attól, hogy milyen gyorsan párolog el belőle a víz. A párologtatás fontos, mert megköveteli magas költségek energia. Gyakran élelmiszerhőmérőt használnak annak ellenőrzésére, hogy egy edény vagy étel milyen hőmérsékletre melegedett fel. Használata különösen kényelmes hal, hús és baromfi sütésekor.

Mikrohullámú sütők

Az, hogy a mikrohullámú sütő mennyire hatékonyan melegíti fel az ételt, többek között az étel fajlagos hőkapacitásától is függ. A mikrohullámú sütő magnetronja által keltett mikrohullámú sugárzás hatására a víz, zsír és néhány más anyag molekulái gyorsabban mozognak, ami az élelmiszerek felmelegedését okozza. A zsírmolekulák alacsony hőkapacitásuk miatt könnyen mozgathatók, ezért a zsíros ételek magasabb hőmérsékletet érnek el, mint a sok vizet tartalmazó ételek. Az elért hőmérséklet olyan magas lehet, hogy elegendő a Maillard-reakcióhoz. A magas víztartalmú termékek a víz nagy hőkapacitása miatt nem érnek el ilyen hőmérsékletet, ezért nem megy végbe bennük a Maillard-reakció.

A mikrohullámú zsír által elért magas hőmérséklet ropogós héjat képezhet egyes ételeken, például a szalonnán, de ezek a hőmérsékletek veszélyesek lehetnek használat közben. mikrohullámú sütők, különösen, ha nem tartja be a sütő használati útmutatójában leírt használati szabályokat. Például, amikor zsíros ételeket melegít vagy főz a sütőben, ne használjon műanyag edényeket, mivel még a mikrohullámú sütő edényeit sem úgy tervezték, hogy ellenálljanak a zsír által elért hőmérsékletnek. Ne feledje azt is, hogy a zsíros ételek nagyon forróak, és óvatosan fogyasszák őket, nehogy megégessenek.

A mindennapi életben használt anyagok fajhőkapacitása

Nehezen tudja lefordítani a mértékegységeket egyik nyelvről a másikra? A kollégák készen állnak a segítségére. Tegyen fel kérdést a TCTermsbenés néhány percen belül választ kap.

Most mutassunk be egy nagyon fontos termodinamikai jellemzőt, az ún hőkapacitás rendszerek(hagyományosan betűvel jelölik VEL különböző indexekkel).

Hőkapacitás - érték adalékanyag, ez a rendszerben lévő anyag mennyiségétől függ. Ezért be is mutatják fajlagos hőkapacitás

És moláris hőkapacitás

Mivel a hőmennyiség nem állapotfüggvény, hanem a folyamattól függ, a hőkapacitás a rendszer hőellátásának módjától is függ. Ennek megértéséhez emlékezzünk a termodinamika első főtételére. Az egyenlőség felosztása ( 2.4) az abszolút hőmérséklet elemi növekményénként dT, megkapjuk a kapcsolatot

A második kifejezés, mint láttuk, a folyamat típusától függ. Megjegyezzük, hogy egy nem ideális rendszer általános esetben, amelynek részecskéinek (molekulái, atomjai, ionjai stb.) kölcsönhatása nem elhanyagolható (lásd például lentebb a 2.5. §-t, amely a van der Waals gázt veszi figyelembe), a belső az energia nemcsak a hőmérséklettől, hanem a rendszer térfogatától is függ. Ez azzal magyarázható, hogy a kölcsönhatási energia a kölcsönhatásban lévő részecskék közötti távolságtól függ. A rendszer térfogatának változásával a részecskék koncentrációja változik, ennek megfelelően változik a köztük lévő átlagos távolság, és ennek következtében változik a kölcsönhatási energia és a rendszer teljes belső energiája. Más szóval, egy nem ideális rendszer általános esetben

Ezért általános esetben az első tagot nem írhatjuk fel teljes derivált formájában, a teljes deriváltot egy részleges származékra kell cserélni, és meg kell adni azt az állandó értéket, amelynél számítják. Például egy izokhorikus folyamathoz:

.

Vagy izobár folyamathoz

Az ebben a kifejezésben szereplő parciális derivált a rendszer állapotegyenletével számítjuk ki, amelyet alakban írunk fel. Például egy ideális gáz speciális esetben

ez a származék egyenlő

.

Két speciális esetet veszünk figyelembe, amelyek megfelelnek a hő hozzáadásának folyamatának:

• állandó térfogat;
• állandó nyomás a rendszerben.

Az első esetben dolgozzon dA = 0és megkapjuk a hőkapacitást C V ideális gáz állandó térfogaton:

Figyelembe véve a fenti fenntartást, egy nem ideális rendszerre a (2.19) relációt a következőképpen kell felírni általános nézet

Csere be 2.7-on és -on azonnal megkapjuk:

.

Az ideális gáz hőkapacitásának kiszámításához pállandó nyomáson ( dp = 0) figyelembe vesszük, hogy az egyenletből ( 2.8) követi a végtelenül kicsi hőmérséklet-változással járó elemi munka kifejezését

A végén megkapjuk

Ezt az egyenletet elosztva a rendszerben lévő anyagmolok számával hasonló összefüggést kapunk a moláris hőkapacitásokra állandó térfogat és nyomás mellett, ún. Mayer rokonsága

Adjuk meg referenciaként általános képlet- tetszőleges rendszerhez - izochor és izobár hőkapacitások összekapcsolása:

Ebből a képletből a (2.20) és (2.21) kifejezéseket úgy kapjuk meg, hogy behelyettesítjük az ideális gáz belső energiájának kifejezését és az állapotegyenlet felhasználásával (lásd fent):

.

Egy adott tömegű anyag hőkapacitása állandó nyomáson nagyobb, mint az állandó térfogatú hőkapacitás, mivel a betáplált energia egy része a munkára fordítódik, és ugyanazon fűtéshez több hő szükséges. Figyeljük meg, hogy a (2.21)-ből a gázállandó fizikai jelentése a következő:

Így a hőkapacitás nemcsak az anyag típusától függ, hanem attól is, hogy milyen körülmények között megy végbe a hőmérséklet-változás folyamata.

Amint látjuk, az ideális gáz izochor és izobár hőkapacitása nem függ a gáz hőmérsékletétől a valós anyagok esetében, ezek a hőkapacitások általában magától a hőmérséklettől is függnek T.

Az ideális gáz izokhorikus és izobár hőkapacitása közvetlenül meghatározható általános meghatározás, ha a fent kapott képleteket használjuk ( 2.7) és (2.10) az ideális gáz által e folyamatok során kapott hőmennyiségre.

Izochor folyamat esetén a kifejezés C V ebből következik ( 2.7):

Izobár folyamat esetén a kifejezés S p következik (2.10):

Mert moláris hőkapacitások ez a következő kifejezéseket adja

A hőkapacitások aránya megegyezik az adiabatikus kitevővel:

Termodinamikai szinten lehetetlen megjósolni a számértéket g; ezt csak a rendszer mikroszkopikus tulajdonságait figyelembe véve sikerült megtenni (lásd (1.19) kifejezést), valamint ( 1.28) gázkeverék esetén). Az (1.19) és (2.24) képletekből a gázok moláris hőkapacitásaira és az adiabatikus kitevőre vonatkozó elméleti előrejelzések következnek.

Monatomikus gázok (i=3):

Kétatomos gázok (i=5):

Többatomos gázok (i=6):

Kísérleti adatok ehhez különféle anyagok táblázatban vannak megadva.

1. táblázat

Egyértelmű, hogy egyszerű modell az ideális gázok általában elég jól leírják a tulajdonságokat valódi gázok. Felhívjuk figyelmét, hogy az egybeesést a gázmolekulák vibrációs szabadsági fokának figyelembevétele nélkül kaptuk.

Egyes fémek szobahőmérsékleten mért moláris hőkapacitását is megadtuk. Ha elképzeled kristályrács fém, mint tömör golyók rendezett halmaza, rugók kötik össze a szomszédos golyókkal, akkor minden részecske csak három irányba oszcillálhat ( számolok = 3), és minden ilyen szabadságfok kinetikához kapcsolódik k V T/2és ugyanaz potenciális energia. Ezért a kristályrészecske belső (rezgési) energiával rendelkezik k V T. Avogadro számával megszorozva megkapjuk egy mól belső energiáját

honnan jön a moláris hőkapacitás értéke?

(A szilárd anyagok kis hőtágulási együtthatója miatt nem különböztetik meg őket pÉs c v). A szilárd anyagok moláris hőkapacitásának adott összefüggését ún Dulong és Petit törvényeés a táblázat jó egyezést mutat a számított értékkel

kísérlettel.

Az adott összefüggések és a kísérleti adatok közötti jó egyezésről szólva megjegyzendő, hogy ez csak egy bizonyos hőmérsékleti tartományban figyelhető meg. Más szóval, a rendszer hőkapacitása a hőmérséklettől függ, és a (2.24) képleteknek korlátozott a hatóköre. Nézzük először az ábrát. 2.10, amely a hőkapacitás kísérleti függését mutatja TV-vel hidrogéngáz abszolút hőmérsékletről T.

Rizs. 2.10. H2 hidrogéngáz moláris hőkapacitása állandó térfogat mellett a hőmérséklet függvényében (kísérleti adatok)

Az alábbiakban a rövidség kedvéért arról beszélünk, hogy bizonyos hőmérsékleti tartományokban a molekulák bizonyos szabadsági fokai hiányoznak. Hadd emlékeztessük még egyszer, hogy valójában a következőkről beszélünk. Kvantum okokból az egyes mozgástípusok relatív hozzájárulása a gáz belső energiájához valóban a hőmérséklettől függ, és bizonyos hőmérsékleti intervallumokban olyan kicsi lehet, hogy egy - mindig véges pontossággal végzett - kísérletben észrevehetetlen. A kísérlet eredménye úgy néz ki, mintha ezek a mozgástípusok nem léteznének, és nem léteznének megfelelő szabadsági fokok. A szabadsági fokok számát és jellegét a molekula szerkezete és terünk háromdimenzióssága határozza meg - nem függhetnek a hőmérséklettől.

A belső energiához való hozzájárulás a hőmérséklettől függ, és kicsi lehet.

alatti hőmérsékleten 100 K hőkapacitás

ami a forgási és rezgési szabadsági fok hiányát jelzi a molekulában. Ezután a hőmérséklet emelkedésével a hőkapacitás gyorsan a klasszikus értékre emelkedik

merev kötéssel rendelkező kétatomos molekulára jellemző, amelyben nincsenek rezgési szabadsági fokok. A feletti hőmérsékleten 2000 K hőkapacitás új ugrást mutat az értékhez

Ez az eredmény a vibrációs szabadsági fokok megjelenését jelzi. De mindez még mindig megmagyarázhatatlannak tűnik. Miért nem tud egy molekula forogni? alacsony hőmérsékletek? És miért csak nagyon magas hőmérsékleten jelentkeznek rezgések a molekulában? Az előző fejezet rövid kvalitatív vizsgálatot adott ennek a viselkedésnek a kvantum okairól. És most csak megismételhetjük, hogy az egész ügy kifejezetten olyan kvantumjelenségekre vezethető vissza, amelyeket a klasszikus fizika szempontjából nem lehet megmagyarázni. Ezeket a jelenségeket a kurzus következő részei részletesen tárgyalják.

További információk

http://www.plib.ru/library/book/14222.html - Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics, Science, 1977 - 236. o. - táblázat a molekulák rezgési és forgási szabadsági fokának jellemző „bekapcsolási” hőmérsékleteiről bizonyos specifikus gázok esetében.

Térjünk most át az ábrára. 2.11, amely három kémiai elem (kristály) moláris hőkapacitásának hőmérséklettől való függését mutatja. Magas hőmérsékleten mindhárom görbe ugyanazt az értéket mutatja

Dulong és Petit megfelelő törvénye. Az ólom (Pb) és a vas (Fe) gyakorlatilag szobahőmérsékleten is rendelkezik ezzel a korlátozó hőkapacitással.

Rizs. 2.11. Három kémiai elem - ólom-, vas- és szénkristály (gyémánt) - moláris hőkapacitásának függése a hőmérséklettől

A gyémánt (C) esetében ez a hőmérséklet még nem elég magas. Alacsony hőmérsékleten pedig mindhárom görbe jelentős eltérést mutat a Dulong és Petit törvénytől. Ez egy másik megnyilvánulás kvantumtulajdonságok anyag. A klasszikus fizika tehetetlennek bizonyul az alacsony hőmérsékleten megfigyelt minták megmagyarázására.

További információk

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm - J. de Boer Bevezetés a molekuláris fizikaés termodinamika, szerk. IL, 1962 - 106–107. o., I. rész, 12. § - az elektronok hozzájárulása a fémek hőkapacitásához abszolút nullához közeli hőmérsékleten;

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. Tudod a fizikát? "Quantum" könyvtár, 82. szám, Tudomány, 1992. oldal 132. kérdés, 137. kérdés: mely testek hőkapacitása a legnagyobb (lásd a választ a 151. oldalon);

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. Tudod a fizikát? "Quantum" könyvtár, 82. szám, Tudomány, 1992. oldal 132. kérdés, 135. kérdés: a víz három halmazállapotú – szilárd, folyékony és gőz – melegítéséről (a választ lásd a 151. oldalon);

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1478.html – fizikai enciklopédia. Kalorimetria. Leírják a hőkapacitások mérési módszereit.