Medžiagų savitoji šiluminė talpa lentelė. Savitoji šilumos talpa: apibrėžimas, reikšmės, pavyzdžiai

15.10.2019

Kiekvienas moksleivis fizikos pamokose susiduria su tokia sąvoka kaip „savitoji šiluma“. Dažniausiai žmonės pamiršta mokyklos apibrėžimą ir dažnai visai nesupranta šio termino reikšmės. Technikos universitetuose dauguma studentų anksčiau ar vėliau susidurs su specifine šilumos talpa. Galbūt kaip fizikos studijų dalis, o gal kas nors turės tokią discipliną kaip „šilumos inžinerija“ arba „techninė termodinamika“. Tokiu atveju turėsite atsiminti mokyklos mokymo programa. Taigi, toliau aptariame kai kurių medžiagų apibrėžimą, pavyzdžius, reikšmes.

Apibrėžimas

Savitoji šiluminė talpa – tai fizikinis dydis, apibūdinantis, kiek šilumos turi būti tiekiama arba pašalinta iš medžiagos vieneto, kad jo temperatūra pasikeistų vienu laipsniu. Svarbu atšaukti, kad nesvarbu, Celsijaus, Kelvino ir Farenheito laipsniai, pagrindinis dalykas yra temperatūros pokytis vienetais.

Savitoji šiluminė galia turi savo matavimo vienetą – in tarptautinė sistema vienetai (SI) – Džaulis, padalytas iš kilogramo ir Kelvino laipsnio sandaugos, J/(kg K); nesisteminis vienetas – tai kalorijų santykis su kilogramo ir Celsijaus laipsnio sandauga, cal/(kg °C). Ši reikšmė dažniausiai žymima raide c arba C, kartais naudojami indeksai. Pavyzdžiui, jei slėgis yra pastovus, tada indeksas yra p, o jei tūris yra pastovus, tada v.

Apibrėžimo variantai

Galimos kelios aptariamo fizinio dydžio apibrėžimo formuluotės. Be to, kas išdėstyta pirmiau, priimtinas apibrėžimas yra toks, kad savitoji šiluminė talpa yra medžiagos šiluminės talpos ir jos masės santykis. Šiuo atveju būtina aiškiai suprasti, kas yra "šilumos talpa". Taigi šiluminė talpa yra fizikinis dydis, parodantis, kiek šilumos turi būti tiekiama kūnui (medžiagai) arba pašalinta, kad jo temperatūra pasikeistų vienu. Didesnės nei kilogramo medžiagos masės savitoji šiluminė talpa nustatoma taip pat, kaip ir vieneto vertei.

Kai kurie įvairių medžiagų pavyzdžiai ir reikšmės

Eksperimentiškai nustatyta, kad ši vertė skirtingoms medžiagoms skiriasi. Pavyzdžiui, vandens savitoji šiluminė talpa yra 4,187 kJ/(kg K). Labiausiai didelę reikšmęšio fizinio kiekio vandeniliui yra 14.300 kJ/(kg K), mažiausias auksui – 0.129 kJ/(kg K). Jei jums reikia konkrečios medžiagos vertės, turite pasiimti žinyną ir rasti atitinkamas lenteles, o jose - dominančias vertes. Tačiau šiuolaikinės technologijos Jie leidžia gerokai paspartinti paieškos procesą – bet kuriame telefone, kuriame yra prisijungimo prie interneto galimybė, tiesiog paieškos juostoje įveskite jus dominantį klausimą, pradėkite paiešką ir pagal rezultatus ieškokite atsakymo. Daugeliu atvejų reikia vadovautis pirmąja nuoroda. Tačiau kartais visai nereikia eiti kitur – į Trumpas aprašymas informacija, atsakymas į klausimą matomas.

Dažniausiai naudojamos medžiagos, kurių šiluminė galia, įskaitant specifinę šilumą, yra:

oras (sausas) - 1,005 kJ/(kg K),
aliuminis - 0,930 kJ/(kg K),
varis - 0,385 kJ/(kg K),
etanolis – 2,460 kJ/(kg K),
geležis - 0,444 kJ/(kg K),
gyvsidabris - 0,139 kJ/(kg K),
deguonis – 0,920 kJ/(kg K),
mediena - 1700 kJ/(kg K),
smėlis - 0,835 kJ/(kg K).

Šilumos talpa – tai gebėjimas sugerti tam tikrą šilumos kiekį kaitinant arba išleisti jį aušinant. Kūno šiluminė talpa yra be galo mažo šilumos kiekio, kurį kūnas gauna, ir atitinkamo jo temperatūros rodiklių padidėjimo santykis. Vertė matuojama J/K. Praktikoje naudojama kiek kitokia reikšmė – savitoji šiluminė talpa.

Apibrėžimas

Ką reiškia specifinė šiluminė talpa? Tai kiekis, susijęs su medžiagos kiekio vienetu. Atitinkamai, medžiagos kiekis gali būti matuojamas kubiniais metrais, kilogramais ar net moliais. Nuo ko tai priklauso? Fizikoje šiluminė talpa tiesiogiai priklauso nuo to, kuriam kiekybiniam vienetui ji priklauso, vadinasi, jie išskiria molinę, masinę ir tūrinę šiluminę talpą. IN statybos pramone su krūminiais matmenimis nesusidursite, bet su kitais susidursite visą laiką.

Kas turi įtakos specifinei šiluminei galiai?

Jūs žinote, kas yra šiluminė talpa, bet kokios reikšmės turi įtakos indikatoriui, dar neaišku. Savitosios šiluminės talpos vertę tiesiogiai veikia keli komponentai: medžiagos temperatūra, slėgis ir kitos termodinaminės charakteristikos.

Didėjant gaminio temperatūrai, jo savitoji šiluminė talpa didėja, tačiau tam tikros medžiagos turi visiškai netiesinę šios priklausomybės kreivę. Pavyzdžiui, temperatūros rodikliams padidėjus nuo nulio iki trisdešimt septynių laipsnių, vandens savitoji šiluminė talpa pradeda mažėti, o jei riba yra nuo trisdešimt septynių iki šimto laipsnių, indikatorius, priešingai, padidinti.

Verta pažymėti, kad parametras priklauso ir nuo to, kaip leidžiama keisti gaminio termodinamines charakteristikas (slėgį, tūrį ir kt.). Pavyzdžiui, savitoji šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui ir esant stabiliam tūriui skirsis.

Kaip apskaičiuoti parametrą?

Domina kokia šiluminė talpa? Skaičiavimo formulė yra tokia: C=Q/(m·ΔT). Kokios tai reikšmės? Q – šilumos kiekis, kurį gaminys gauna kaitinamas (arba gaminys išskiria jį vėsdamas). m – gaminio masė, o ΔT – skirtumas tarp galutinės ir pradinės gaminio temperatūrų. Žemiau yra kai kurių medžiagų šiluminės talpos lentelė.

Ką galima pasakyti apie šilumos talpos apskaičiavimą?

Apskaičiuoti šiluminę galią nėra pati lengviausia užduotis, ypač jei naudojate išskirtinai termodinaminius metodus, tiksliau to padaryti neįmanoma. Todėl fizikai naudoja statistinės fizikos metodus arba gaminių mikrostruktūros žinias. Kaip atlikti dujų skaičiavimus? Dujų šiluminė talpa apskaičiuojama apskaičiuojant vidutinę atskirų molekulių šiluminio judėjimo energiją medžiagoje. Molekuliniai judesiai gali būti transliaciniai arba sukamieji, o molekulės viduje gali būti visas atomas arba atomų vibracija. Klasikinė statistika sako, kad kiekvienam sukimosi ir transliacijos judesių laisvės laipsniui yra nustatyta molinė vertė, lygi R/2, o kiekvieno vibracinio laisvės laipsnio reikšmė lygi R. Ši taisyklė dar vadinama lygiavertiškumo dėsniu. .

Šiuo atveju monoatominių dujų dalelė turi tik tris transliacijos laisvės laipsnius, todėl jos šiluminė talpa turėtų būti lygi 3R/2, o tai puikiai sutampa su eksperimentu. Kiekviena dviatomių dujų molekulė išsiskiria trimis transliaciniais, dviem sukimosi ir vienu virpesių laisvės laipsniais, o tai reiškia, kad pusiausvyros dėsnis bus lygus 7R/2, o patirtis parodė, kad dviatomių dujų molio šiluminė talpa įprastoje temperatūroje yra 5R/2. Kodėl tarp teorijų atsirado toks neatitikimas? Viskas susiję su tuo, kad nustatant šiluminę galią reikės atsižvelgti į įvairius kvantinius efektus, kitaip tariant, naudoti kvantinę statistiką. Kaip matote, šilumos talpa yra gana sudėtinga sąvoka.

Kvantinė mechanika teigia, kad bet kuri vibruojanti ar besisukanti dalelių sistema, įskaitant dujų molekulę, gali turėti tam tikras atskiras energijos vertes. Jei šiluminio judėjimo energija į įdiegta sistema nepakanka, kad sužadintų reikiamo dažnio virpesius, tada šie svyravimai neprisideda prie sistemos šiluminės talpos.

Kietosiose medžiagose atomų terminis judėjimas yra silpnos vibracijos šalia tam tikrų pusiausvyros padėčių, tai taikoma mazgams kristalinė gardelė. Atomas turi tris vibracinius laisvės laipsnius ir pagal įstatymą kieto kūno molinė šiluminė talpa yra lygi 3nR, kur n yra molekulėje esančių atomų skaičius. Praktiškai ši vertė yra riba, iki kurios kūno šiluminė talpa linksta aukštoje temperatūroje. Vertė pasiekiama esant normaliam daugelio elementų temperatūros pokyčiui, tai taikoma ir metalams paprastos jungtys. Taip pat nustatoma švino ir kitų medžiagų šiluminė talpa.

O kaip su žema temperatūra?

Mes jau žinome, kas yra šiluminė talpa, bet jei kalbame apie žemos temperatūros, kaip tada bus apskaičiuojama vertė? Jeigu mes kalbame apie apie žemos temperatūros rodiklius, tada kieto kūno šiluminė talpa pasirodo proporcinga T 3 arba vadinamasis Debio šiluminės talpos dėsnis. Pagrindinis kriterijus, leidžiantis atskirti aukštą temperatūrą nuo žemos, yra įprastas jų palyginimas su tam tikrai medžiagai būdingu parametru - tai gali būti charakteristika arba Debye temperatūra q D. Pateikta vertė nustatoma pagal gaminyje esančių atomų virpesių spektrą ir labai priklauso nuo kristalų struktūros.

Metaluose laidumo elektronai daro tam tikrą indėlį į šilumos talpą. Ši šiluminės talpos dalis apskaičiuojama naudojant Fermi-Dirac statistiką, kurioje atsižvelgiama į elektronus. Metalo elektroninė šiluminė talpa, kuri yra proporcinga įprastai šiluminei galiai, yra santykinai maža reikšmė, ir ji prisideda prie metalo šiluminės talpos tik esant absoliučiam nuliui artimai temperatūrai. Tada grotelių šiluminė talpa tampa labai maža ir gali būti nepaisoma.

Masės šiluminė talpa

Masės savitoji šiluminė talpa – tai šilumos kiekis, kurį reikia pridėti prie medžiagos masės vieneto, kad produktas pašildytų vienetine temperatūra. Šis kiekis žymimas raide C ir matuojamas džauliais, padalijus iš kilogramo kelvinui – J/(kg K). Tai viskas dėl masinės šilumos talpos.

Kas yra tūrinė šilumos talpa?

Tūrinė šiluminė galia yra tam tikras šilumos kiekis, kurį reikia pridėti prie produkto tūrio vieneto, kad jis būtų šildomas pagal temperatūros vienetą. Šis rodiklis matuojamas džauliais, padalytas iš kubinis metras vienam kelvinui arba J/(m³ K). Daugelyje statybos žinynų atsižvelgiama į masės savitąją šilumos talpą darbe.

Praktinis šiluminės galios pritaikymas statybos pramonėje

Karščiui atsparių sienų statyboje aktyviai naudojama daug šilumai intensyvių medžiagų. Tai itin svarbu namams, kuriems būdingas periodinis šildymas. Pavyzdžiui, viryklė. Intensyvūs šilumai gaminiai ir iš jų pastatytos sienos puikiai kaupia šilumą, kaupia ją šildymo periodais ir išjungus sistemą palaipsniui išskiria šilumą, taip leisdamos palaikyti priimtiną temperatūrą visą dieną.

Taigi, kuo daugiau šilumos bus sukaupta konstrukcijoje, tuo patogesnė ir stabilesnė bus temperatūra patalpose.

Verta paminėti, kad namo statyboje naudojamos paprastos plytos ir betonas turi žymiai mažesnę šiluminę galią nei putų polistirenas. Jei imtume ekovatą, ji turi tris kartus didesnę šiluminę talpą nei betonas. Reikėtų pažymėti, kad ne veltui šiluminės talpos skaičiavimo formulėje yra masė. Dėl didelės, milžiniškos betono ar plytų masės, palyginti su ekovata, ji leidžia akmeninėms konstrukcijų sienoms sukaupti didžiulius šilumos kiekius ir išlygina visus paros temperatūros svyravimus. Tik nedidelė izoliacijos masė karkasiniai namai, nepaisant geros šilumos talpos, yra silpniausia zona visiems rėmo technologijos. Išspręsti Ši problema, visuose namuose sumontuoti įspūdingi šilumos akumuliatoriai. Kas tai yra? Tai konstrukcinės dalys, kurioms būdinga didelė masė, kurios pakanka geras rodiklisšiluminė talpa.

Šilumos akumuliatorių pavyzdžiai realiame gyvenime

Kas tai galėtų būti? Pavyzdžiui, kai kurie vidiniai plytų sienos, didelė krosnis arba židinys, betoniniai lygintuvai.

Baldai bet kuriame name ar bute yra puikus šilumos akumuliatorius, nes fanera, medžio drožlių plokštės ir mediena iš tikrųjų gali sukaupti tris kartus daugiau šilumos vienam svorio kilogramui nei liūdnai pagarsėjusi plyta.

Ar yra šilumos akumuliatorių trūkumų? Žinoma, pagrindinis šio požiūrio trūkumas yra tas, kad šilumos akumuliatorių reikia projektuoti maketo kūrimo etape. karkasinis namas. Taip yra dėl to, kad jis yra sunkus, į tai reikės atsižvelgti kuriant pamatą, o tada įsivaizduokite, kaip šis objektas bus integruotas į interjerą. Verta pasakyti, kad savo darbe turėsite atsižvelgti ne tik į masę, bet ir į abi charakteristikas: masę ir šiluminę talpą. Pavyzdžiui, jei kaip šilumos akumuliatorių naudojate auksą, kurio kubinis metras sveria neįtikėtinai dvidešimt tonų, gaminys veiks taip, kaip reikia, tik dvidešimt trim procentais geriau nei betoninis kubas, sveriantis dvi su puse tonos.

Kokia medžiaga labiausiai tinka šilumos akumuliatoriui?

Geriausias produktasšilumos akumuliatoriui tai visai ne betonas ir plyta! Varis, bronza ir geležis puikiai susidoroja su šia užduotimi, tačiau yra labai sunkūs. Kaip bebūtų keista, bet geriausias šilumos akumuliatorius yra vanduo! Skystis turi įspūdingą šiluminę talpą, didžiausią iš mums prieinamų medžiagų. Didesnę šiluminę talpą turi tik dujos helis (5190 J/(kg K) ir vandenilis (14300 J/(kg K)), tačiau jas sunku naudoti praktikoje. Jei norite ir reikia, žiūrėkite šiluminės talpos lentelę jums reikalingų medžiagų.

Savitoji šiluma – tai energija, reikalinga 1 gramo grynos medžiagos temperatūrai padidinti 1°. Parametras priklauso nuo jo cheminė sudėtis ir agregacijos būsena: dujinė, skysta arba kieta. Po jo atradimo prasidėjo naujas termodinamikos, energijos pereinamųjų procesų, susijusių su šiluma ir sistemos veikimu, vystymosi etapas.

Paprastai, Gamyboje naudojama savitoji šiluminė galia ir pagrindinė termodinamika radiatoriai ir sistemos, skirtos automobiliams vėsinti, taip pat chemijos, branduolinės inžinerijos ir aerodinamikos srityse. Jei norite sužinoti, kaip apskaičiuojama savitoji šiluminė galia, perskaitykite siūlomą straipsnį.

Prieš pradėdami tiesiogiai skaičiuoti parametrą, turėtumėte susipažinti su formule ir jos komponentais.

Specifinės šilumos talpos apskaičiavimo formulė yra tokia:

c = Q/(m*∆T)

Skaičiavimams naudojamų kiekių ir jų simbolinių žymėjimų žinojimas yra nepaprastai svarbus. Tačiau būtina ne tik išmanyti jų vizualinę išvaizdą, bet ir aiškiai suprasti kiekvieno prasmę. Medžiagos savitoji šiluminė talpa apskaičiuojama iš šių komponentų:

ΔT yra simbolis, rodantis laipsnišką medžiagos temperatūros kitimą. Simbolis "Δ" tariamas delta.

ΔT = t2–t1, kur

t1 – pirminė temperatūra;
t2 – galutinė temperatūra po pasikeitimo.

m – kaitinant sunaudotos medžiagos masė (g).

Q – šilumos kiekis (J/J)

Remiantis CR, galima išvesti kitas lygtis:

Q = m*кp*ΔT – šilumos kiekis;
m = Q/cr*(t2 - t1) – medžiagos masė;
t1 = t2–(Q/tp*m) – pirminė temperatūra;
t2 = t1+(Q/tp*m) – galutinė temperatūra.

Nurodymai, kaip apskaičiuoti parametrą

Imk skaičiavimo formulė: šiluminė talpa = Q/(m*∆T)
Užsirašykite pradinius duomenis.
Pakeiskite juos į formulę.
Atlikite skaičiavimą ir gaukite rezultatą.

Kaip pavyzdį apskaičiuokime nežinomą 480 gramų sveriančią medžiagą, kurios temperatūra 15ºC, kuri dėl kaitinimo (tiekiant 35 tūkst. J) padidėjo iki 250º.

Vadovaudamiesi aukščiau pateiktomis instrukcijomis, atliekame šiuos veiksmus:

Užsirašykime pradinius duomenis:

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

Mes paimame formulę, pakeičiame reikšmes ir išsprendžiame:

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

Skaičiavimas

Atlikime skaičiavimą C P vanduo ir alavas šiomis sąlygomis:

m = 500 gramų;
t1 =24ºC ir t2 = 80ºC – vandeniui;
t1 =20ºC ir t2 =180ºC – skardai;
Q = 28 tūkst. J.

Pirmiausia nustatome atitinkamai vandens ir alavo ΔT:

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

Tada randame savitąją šiluminę galią:

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

Taigi vandens savitoji šiluminė talpa buvo 1 J/g *ºC, o alavo – 0,35 J/g*ºC. Iš to galime daryti išvadą, kad esant vienodai 28 tūkstančių džaulių šilumos įvadui, alavas įkais greičiau nei vanduo, nes jo šiluminė talpa mažesnė.

Ne tik dujos, skysčiai ir kietosios medžiagos, bet ir maistas.

Kaip apskaičiuoti maisto šiluminę talpą

Skaičiuojant galios talpą lygtis bus tokia:

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

w – vandens kiekis produkte;
p – baltymų kiekis produkte;
f – riebalų procentas;
c – angliavandenių procentas;
a – neorganinių komponentų procentas.

Nustatykime Viola grietinėlės sūrio šiluminę talpą. Norėdami tai padaryti, iš produkto sudėties (svoris 140 gramų) išrašykite reikiamas vertes:

vanduo - 35 g;
baltymai – 12,9 g;
riebalai – 25,8 g;
angliavandeniai – 6,96 g;
neorganiniai komponentai – 21 g.

Tada randame su:

с=(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.

Visada atminkite, kad:

Metalo kaitinimo procesas yra greitesnis nei vandens, nes taip yra C P 2,5 karto mažiau;
Jei įmanoma, konvertuokite rezultatus į aukštesnę eilę, jei tai leidžia sąlygos;
norėdami patikrinti rezultatus, galite naudotis internetu ir peržiūrėti apskaičiuotą medžiagą;
vienodomis eksperimentinėmis sąlygomis reikšmingesni temperatūros pokyčiai bus stebimi medžiagose, kurių žemas specifinė šiluminė talpa.

Vanduo yra viena nuostabiausių medžiagų. Nepaisant plačiai paplitusio ir plačiai paplitusio naudojimo, tai tikra gamtos paslaptis. Atrodytų, kad vanduo, kaip vienas iš deguonies junginių, turėtų turėti labai mažas charakteristikas, tokias kaip užšalimas, garavimo šiluma ir kt. Tačiau taip neatsitinka. Vien vandens šiluminė talpa, nepaisant visko, yra itin didelė.

Vanduo gali sugerti didžiulį šilumos kiekį, o praktiškai nešildo - tai yra jo fizinė savybė. vandens šiluminė talpa yra maždaug penkis kartus didesnė už smėlio šiluminę talpą ir dešimt kartų didesnė už geležies. Todėl vanduo yra natūralus aušinimo skystis. Jo gebėjimas kaupti didelis skaičius energija leidžia išlyginti temperatūros svyravimus Žemės paviršiuje ir reguliuoti šiluminį režimą visoje planetoje, ir tai vyksta nepriklausomai nuo metų laiko.

Tai unikalus turtas vanduo leidžia jį naudoti kaip aušinimo skystį pramonėje ir buityje. Be to, vanduo yra plačiai prieinama ir gana pigi žaliava.

Ką reiškia šiluminė talpa? Kaip žinoma iš termodinamikos, šilumos perdavimas visada vyksta iš karšto kūno į šaltą. Šiuo atveju kalbame apie tam tikro šilumos kiekio perdavimą, o abiejų kūnų temperatūra, būdama jų būsenos charakteristika, parodo šių mainų kryptį. Metalinio kūno procese su vienodos masės vandeniu tuo pačiu pradinės temperatūros metalas savo temperatūrą keičia kelis kartus labiau nei vanduo.

Jeigu paimtume postulatą pagrindinį termodinamikos teiginį – dviejų kūnų (izoliuotų nuo kitų), šilumos mainų metu vienas atiduoda, o kitas gauna vienodą šilumos kiekį, tada paaiškėja, kad metalas ir vanduo turi visiškai skirtingą šilumą. pajėgumus.

Taigi vandens (kaip ir bet kurios medžiagos) šiluminė talpa yra rodiklis, apibūdinantis tam tikros medžiagos gebėjimą duoti (arba gauti) ką nors vėsinant (šildant) per vieneto temperatūrą.

Medžiagos savitoji šiluminė talpa – tai šilumos kiekis, reikalingas šios medžiagos vienetui (1 kilogramui) pašildyti 1 laipsniu.

Kūno išskiriamos ar sugertos šilumos kiekis lygus savitosios šiluminės talpos, masės ir temperatūrų skirtumo sandaugai. Jis matuojamas kalorijomis. Viena kalorija yra būtent tiek šilumos, kiek pakanka 1 g vandens pašildyti 1 laipsniu. Palyginimui: oro savitoji šiluminė talpa yra 0,24 cal/g ∙°C, aliuminio – 0,22, geležies – 0,11, gyvsidabrio – 0,03.

Vandens šiluminė talpa nėra pastovi. Temperatūrai kylant nuo 0 iki 40 laipsnių ji šiek tiek sumažėja (nuo 1,0074 iki 0,9980), o visoms kitoms medžiagoms ši charakteristika kaitinant didėja. Be to, jis gali mažėti didėjant slėgiui (gylyje).

Kaip žinote, vanduo turi tris agregacijos būsenas – skystą, kietą (ledas) ir dujinę (garai). Tuo pačiu metu ledo savitoji šiluminė talpa yra maždaug 2 kartus mažesnė nei vandens. Tai yra pagrindinis skirtumas tarp vandens ir kitų medžiagų, kurių savitoji šiluminė talpa kietoje ir išlydytoje būsenoje nekinta. Kokia paslaptis?

Faktas yra tas, kad ledas turi kristalinę struktūrą, kuri kaitinant ne iš karto subyra. Vandenyje yra mažų ledo dalelių, susidedančių iš kelių molekulių, vadinamų asocijuotomis dalelėmis. Kaitinamas vanduo, dalis jo išleidžiama vandenilio ryšiams šiose dariniuose naikinti. Tai paaiškina neįprastai didelę vandens šiluminę talpą. Ryšiai tarp jo molekulių visiškai sunaikinami tik tada, kai vanduo virsta garais.

Savitoji šiluminė talpa esant 100° C temperatūrai beveik nesiskiria nuo ledo 0° C temperatūroje. Tai dar kartą patvirtina teisingumą šis paaiškinimas. Garo šiluminė talpa, kaip ir ledo šiluminė talpa, šiuo metu yra daug geriau ištirta nei vandens, dėl kurios mokslininkai dar nepasiekė bendro sutarimo.

Vidinės energijos pokytis atliekant darbą pasižymi darbo kiekiu, t.y. darbas yra vidinės energijos kitimo matas šis procesas. Kūno vidinės energijos pokytis šilumos perdavimo metu apibūdinamas dydžiu, vadinamu šilumos kiekiu.

yra kūno vidinės energijos pokytis šilumos perdavimo procese neatliekant darbo. Šilumos kiekis nurodomas raide K .

Darbas, vidinė energija ir šiluma matuojami tais pačiais vienetais – džauliais ( J), kaip ir bet kuri energija.

Atliekant šiluminius matavimus, specialus energijos vienetas anksčiau buvo naudojamas kaip šilumos kiekio vienetas - kalorijos ( išmatos), lygus šilumos kiekis, reikalingas 1 gramui vandens pašildyti 1 laipsniu Celsijaus (tiksliau, nuo 19,5 iki 20,5 ° C). Šis vienetas šiuo metu ypač naudojamas apskaičiuojant šilumos suvartojimą (šilumos energiją). daugiabučiai namai. Eksperimentiškai buvo nustatytas mechaninis šilumos ekvivalentas – santykis tarp kalorijų ir džaulio: 1 cal = 4,2 J.

Kai kūnas perduoda tam tikrą šilumos kiekį neatlikdamas darbo, jo vidinė energija padidėja, jei kūnas išskiria tam tikrą šilumos kiekį, tada jo vidinė energija mažėja.

Jei į du identiškus indus supilsite 100 g vandens, į vieną ir 400 g į kitą, tos pačios temperatūros ir pastatysite ant identiškų degiklių, tai pirmame inde vanduo užvirs anksčiau. Taigi, kuo didesnė kūno masė, tuo daugiau šilumos reikia sušilti. Tas pats ir su vėsinimu.

Šilumos kiekis, reikalingas kūnui sušildyti, taip pat priklauso nuo medžiagos, iš kurios pagamintas kūnas, rūšies. Šią šilumos kiekio, reikalingo kūnui pašildyti, priklausomybę nuo medžiagos tipo apibūdina fizikinis dydis, vadinamas specifinė šiluminė talpa medžiagų.

- Tai fizinis kiekis, lygus šilumos kiekiui, kuris turi būti perduotas 1 kg medžiagos, kad ji pašildytų 1 °C (arba 1 K). 1 kg medžiagos, atvėsus 1 °C, išskiria tiek pat šilumos.

Savitoji šiluminė talpa nurodoma raide Su. Savitosios šiluminės galios vienetas yra 1 J/kg °C arba 1 J/kg °K.

Medžiagų savitoji šiluminė talpa nustatoma eksperimentiniu būdu. Skysčiai turi didesnę savitąją šiluminę talpą nei metalai; Vanduo turi didžiausią savitąją šilumą, auksas – labai mažą.

Kadangi šilumos kiekis lygus kūno vidinės energijos pokyčiui, tai galima sakyti, kad savitoji šiluminė talpa parodo, kiek pasikeičia vidinė energija 1 kg medžiaga, kai jos temperatūra pasikeičia 1 °C. Visų pirma, 1 kg švino vidinė energija padidėja 140 J, kai kaitinama 1 °C, ir sumažėja 140 J, kai ji atšaldoma.

K reikalingas masės kūnui pašildyti m ant temperatūros t 1 °C iki temperatūros t 2 °С, yra lygus medžiagos savitosios šiluminės talpos, kūno masės ir skirtumo tarp galutinės ir pradinės temperatūros sandaugai, t.y.

Q = c ∙ m (t 2 - t 1)

Ta pati formulė naudojama apskaičiuojant šilumos kiekį, kurį kūnas išskiria vėsdamas. Tik tokiu atveju iš pradinės temperatūros reikia atimti galutinę temperatūrą, t.y. iš didesnę vertę atimti mažesnę temperatūrą.