Kaip matuojama savitoji šilumos talpa? Dujų ir garų savitoji šiluminė talpa

Energijos kiekis, kurį reikia tiekti 1 g medžiagos, kad jos temperatūra pakiltų 1°C. Pagal apibrėžimą, norint padidinti 1 g vandens temperatūrą 1°C, reikia 4,18 J. enciklopedinis žodynas.… … Ekologijos žodynas

specifinė šiluma- - [A.S. Goldbergas. Anglų-rusų energetikos žodynas. 2006] Energijos temos apskritai EN specifinė šilumaSH ...

SPECIALUS ŠILUMAS- fizinis dydis, matuojamas šilumos kiekiu, reikalingu 1 kg medžiagos pašildyti 1 K (cm). SI savitosios šiluminės talpos vienetas (cm) kilogramui kelvinų (J kg∙K)) ... Didžioji politechnikos enciklopedija

specifinė šiluma- savitoji šiluminė talpa statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. šilumos talpa masės vienetui; masės šiluminė talpa; savitoji šiluminė talpa vok. Eigenwärme, f; specifische Wärme, f; spezifische Wärmekapazität, f rus. masė šiluminė galia, f;… … Fizikos terminalų žodynas

Žiūrėkite Šilumos talpa... Didžioji sovietinė enciklopedija

specifinė šiluma - specifinė šiluma … Cheminių sinonimų žodynas I

specifinė dujų šiluminė talpa-- Temos Naftos ir dujų pramonė LT specifinė dujų šiluma... Techninis vertėjo vadovas

specifinė alyvos šiluminė talpa- — Temos naftos ir dujų pramonė LT naftos specifinė šiluma ... Techninis vertėjo vadovas

savitoji šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui- - [A.S. Goldbergas. Anglų-rusų energetikos žodynas. 2006] Temos: energija apskritai EN savitoji šiluma esant pastoviam slėgiuicpastovaus slėgio savitoji šiluma ... Techninis vertėjo vadovas

savitoji šiluminė talpa esant pastoviam tūriui- - [A.S. Goldbergas. Anglų-rusų energetikos žodynas. 2006] Temos: energija apskritai EN savitoji šiluma esant pastoviam tūriui pastovaus tūrio savitoji šilumaCv ... Techninis vertėjo vadovas

Knygos

• Vandens judėjimo giliuose horizontuose tyrimo fiziniai ir geologiniai pagrindai, V. V. Truškinas. Apskritai knyga skirta vandens temperatūros savireguliacijos su šeimininko kūnu dėsniui, kurį autorius atrado 1991 m. knygos pradžia, giluminio judėjimo problemos žinių būklės apžvalga...

/(kg K) ir kt.

Savitoji šiluminė talpa dažniausiai žymima raidėmis c arba SU, dažnai su indeksais.

Pagal vertę specifinė šiluminė talpaįtakos turi medžiagos temperatūra ir kiti termodinaminiai parametrai. Pavyzdžiui, išmatavus vandens savitąją šiluminę talpą duos skirtingus rezultatus 20 °C ir 60 °C temperatūroje. Be to, savitoji šiluminė talpa priklauso nuo to, kaip leidžiama keistis medžiagos termodinaminiams parametrams (slėgiui, tūriui ir kt.); pavyzdžiui, savitoji šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui ( C P) ir esant pastoviam tūriui ( C V), paprastai yra skirtingi.

Specifinės šilumos talpos apskaičiavimo formulė:

$c=\backslash frac(Q)(m\backslash Delta\; T),$ Kur c- savitoji šiluminė galia, K- šilumos kiekis, kurį medžiaga gauna kaitinant (arba išsiskirianti aušinant), m- įkaitintos (aušintos) medžiagos masė, Δ T- skirtumas tarp galutinės ir pradinės medžiagos temperatūrų.

Savitoji šiluminė talpa gali priklausyti (ir iš esmės, griežtai tariant, visada, daugiau ar mažiau, priklauso) nuo temperatūros, todėl teisingesnė yra ši formulė su mažomis (formaliai be galo mažomis) reikšmėmis: $\backslash delta\; T$ Ir $\backslash delta\; Q$:

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

Kai kurių medžiagų savitosios šilumos vertės

(Dujoms pateikiama savitoji šiluminė talpa izobariniame procese (C p))

I lentelė: standartinės savitosios šiluminės talpos vertės

Medžiaga	Sumavimo būsena	Specifinis šiluminė talpa, kJ/(kg K)
išdžiuvęs)	dujų	1,005
oras (100% drėgmė)	dujų	1,0301
aliuminio	kietas	0,903
berilio	kietas	1,8245
Žalvaris	kietas	0,37
skarda	kietas	0,218
vario	kietas	0,385
molibdenas	kietas	0,250
plieno	kietas	0,462
deimantas	kietas	0,502
etanolis	skystis	2,460
auksas	kietas	0,129
grafitas	kietas	0,720
helis	dujų	5,190
vandenilis	dujų	14,300
geležies	kietas	0,444
vadovauti	kietas	0,130
ketaus	kietas	0,540
volframas	kietas	0,134
ličio	kietas	3,582
	skystis	0,139
azoto	dujų	1,042
naftos alyvos	skystis	1,67 - 2,01
deguonies	dujų	0,920
kvarcinis stiklas	kietas	0,703
vanduo 373 K (100 °C)	dujų	2,020
vandens	skystis	4,187
ledas	kietas	2,060
alaus misa	skystis	3,927
Vertės pagrįstos standartinėmis sąlygomis, jei nenurodyta kitaip.

II lentelė: Kai kurių specifinės šiluminės talpos vertės Statybinės medžiagos

Medžiaga	Specifinis šiluminė talpa kJ/(kg K)
asfaltas	0,92
kieta plyta	0,84
kalkių smėlio plyta	1,00
betono	0,88
vainiko stiklas (stiklas)	0,67
titnagas (stiklas)	0,503
lango stiklas	0,84
granito	0,790
muilo akmuo	0,98
gipso	1,09
marmuras, žėrutis	0,880
smėlis	0,835
plieno	0,47
dirvožemis	0,80
medienos	1,7

taip pat žr

Parašykite apžvalgą apie straipsnį "Savitinė šilumos talpa"

Pastabos

Literatūra

• Lentelės fiziniai kiekiai. Vadovas, red. I. K. Kikoina, M., 1976 m.
• Sivukhin D.V. Bendras kursas fizika. - T. II. Termodinamika ir molekulinė fizika.
• E. M. Lifshitsas // pagal. red. A. M. Prokhorova Fizinė enciklopedija. - M.: "Tarybinė enciklopedija", 1998. - T. 2.<

Ištrauka, apibūdinanti savitąją šiluminę talpą

- Ar tai veikia? – pakartojo Nataša.
- Pasakysiu apie save. Turėjau vieną pusbrolį...
- Žinau, - Kirilla Matveich, bet jis senas žmogus?
– Tai ne visada buvo senas žmogus. Bet štai ką, Nataša, aš kalbėsiu su Borja. Jam nereikia taip dažnai keliauti...
- Kodėl jis neturėtų, jei jis to nori?
– Nes žinau, kad tai niekuo nesibaigs.
- Kodėl tu žinai? Ne, mama, tu jam nesakyk. Kokia nesąmonė! - tarė Nataša žmogaus, iš kurio norima atimti turtą, tonu.
„Na, aš nesituokiu, tad paleisk jį, jei jam smagu, o man smagu“. – Nataša nusišypsojo ir pažvelgė į mamą.
„Neištekėjusi, tiesiog taip“, – pakartojo ji.
- Kaip čia, mano drauge?
- Taip taip. Na, labai reikia, kad neištekėčiau, bet... taip.
- Taip, taip, - pakartojo grafienė ir, purtydama visą kūną, nusijuokė maloniu, netikėtu senolės juoku.
„Liaukis juoktis, nustok“, – šaukė Nataša, – jūs drebate visą lovą. Tu baisiai panašus į mane, tas pats juokas... Palauk... - Ji sugriebė abi grafienės rankas, vieną - June pabučiavo mažojo piršto kaulą, o kita vertus - toliau bučiavo Liepą, Augustą. - Mama, ar jis labai įsimylėjęs? O kaip tavo akys? Ar buvai taip įsimylėjęs? Ir labai miela, labai, labai miela! Bet tai ne visai mano skonio - siauras, kaip stalo laikrodis... Ar nesupranti?... Siauras, žinai, pilkas, šviesus...
- Kodėl tu meluoji! - tarė grafienė.
Nataša tęsė:
- Ar tu tikrai nesupranti? Nikolenka suprastų... Beausė mėlyna, tamsiai mėlyna su raudona, o ji keturkampė.
„Tu taip pat flirtuok su juo“, – juokdamasi pasakė grafienė.
– Ne, jis masonas, sužinojau. Gražu, tamsiai mėlyna ir raudona, kaip tau tai paaiškinti...
- Grafienė, - pasigirdo grafo balsas už durų. -Ar nemiegi? – Nataša pašoko basa, čiupo batus ir nubėgo į savo kambarį.
Ji ilgai negalėjo užmigti. Ji vis galvojo, kad niekas negali suprasti visko, ką ji supranta ir kas yra joje.
– Sonya? – pagalvojo ji, žiūrėdama į miegančią, susirangiusią katę su savo didžiule pynute. "Ne, kur ji turėtų eiti!" Ji dora. Ji įsimylėjo Nikolenką ir daugiau nieko nenori žinoti. Mama irgi nesupranta. Nuostabu, kokia aš protinga ir kokia... ji miela“, – tęsė ji, kalbėdama su savimi trečiuoju asmeniu ir įsivaizduodama, kad apie ją kalba kažkoks labai protingas, protingiausias ir maloniausias vyras... „Viskas, viskas yra joje. .“ , – tęsė šis vyras, – ji neįprastai protinga, miela ir tada gera, neįprastai gera, mikli, plaukia, puikiai važiuoja ir turi balsą! Galima sakyti, nuostabus balsas! Ji dainavo savo mėgstamą muzikinę frazę iš Cherubini operos, atsigulė ant lovos, juokėsi su džiaugsminga mintimi, kad tuoj užmigs, šaukė Dunjašai, kad užgesintų žvakę, ir Dunjašai nespėjus išeiti iš kambario, ji jau buvo perėjęs į kitą, dar laimingesnį svajonių pasaulį, kuriame viskas buvo taip paprasta ir nuostabu kaip tikrovėje, bet buvo tik dar geriau, nes buvo kitaip.

Kitą dieną grafienė, pakviesdama Borisą pas save, pasikalbėjo su juo ir nuo tos dienos jis nustojo lankytis pas Rostovus.

Gruodžio 31 d., 1810-ųjų Naujųjų metų išvakarėse, le reveillon [naktinė vakarienė], Kotrynos didiko namuose vyko balius. Balyje turėjo dalyvauti diplomatinis korpusas ir suverenas.
Promenade des Anglais garsusis didiko namas švytėjo begale šviesų. Prie apšviesto įėjimo raudonu skudurėliu stovėjo policija, o ne tik žandarai, bet ir policijos vadas prie įėjimo bei dešimtys policijos pareigūnų. Karietos nuvažiavo, o nauji atvažiavo su raudonais pėstininkais ir pėstininkais su plunksninėmis skrybėlėmis. Iš vežimų išlipo vyrai uniformomis, žvaigždėmis ir kaspinais; Ponios su atlasu ir ermine atsargiai nulipo nuo triukšmingai nutiestų laiptų ir skubiai tyliai žengė įėjimo audeklu.
Beveik kaskart atvažiavus naujam vežimui, minioje pasigirsdavo ūžesys, būdavo nuimamos kepuraitės.
„Suverenas?... Ne, ministre... kunigaikštis... pasiuntinys... Ar nematote plunksnų?...“ – kalbėjo minia. Vienas iš minios, geriau nei kiti apsirengęs, atrodė, kad visus pažinojo ir vadino vardais kilmingiausius to meto didikus.
Į šį balių jau buvo atvykę trečdalis svečių, o šiame baliuje turėję būti rostoviečiai dar skubiai ruošėsi rengtis.
Šiam baliui Rostovų šeimoje buvo daug kalbų ir ruošimosi, daug nuogąstavimų, kad kvietimo nesulauks, suknelė nebus paruošta ir viskas nepavyks taip, kaip reikia.
Kartu su rostovais į balių ėjo grafienės draugė ir giminaitė, liekna ir geltona senojo dvaro tarnaitė Marya Ignatjevna Peronskaja, vadovavusi provincijos Rostovams aukščiausioje Sankt Peterburgo visuomenėje.
10 valandą vakaro Rostovai turėjo pasiimti Tauridės sodo garbės tarnaitę; ir vis dėlto jau buvo penkios minutės iki dešimties, o jaunos ponios dar nebuvo apsirengusios.
Nataša ėjo į pirmąjį didelį balių savo gyvenime. Tą dieną ji atsikėlė 8 valandą ryto ir visą dieną buvo karštligiško nerimo ir veiklos. Visos jos jėgos nuo pat ryto buvo skirtos užtikrinti, kad jie visi: ji, mama, Sonya būtų apsirengę kuo geriau. Sonya ir grafienė ja visiškai pasitikėjo. Grafienė turėjo vilkėti masakos aksominę suknelę, jos dvi vilkėjo baltas dūmines sukneles ant rožinių, šilkinių užvalkalų su rožėmis liemenyje. Plaukus reikėjo šukuoti a la grecque [graikiškai].
Viskas, kas būtina, jau buvo padaryta: kojos, rankos, kaklas, ausys jau buvo ypač kruopščiai, kaip pobūvių salėje, nuplauti, pakvėpinti ir pudra; jie jau avėjo šilkines, tinklines kojines ir baltus atlasinius batus su lankais; šukuosenos buvo beveik baigtos. Sonya baigė rengtis, grafienė taip pat; bet visiems dirbusi Nataša atsiliko. Ji vis dar sėdėjo priešais veidrodį, ant plonų pečių užsimetusi peniuarą. Sonja, jau apsirengusi, atsistojo vidury kambario ir, skausmingai spausdama mažuoju pirštu, užsegė paskutinę po smeigtuku girgždėjusią juostelę.

Dabar pristatykime labai svarbią termodinaminę charakteristiką, vadinamą šiluminė talpa sistemos(tradiciškai žymimas raide SU su skirtingais indeksais).

Šilumos talpa – vertė priedas, tai priklauso nuo medžiagos kiekio sistemoje. Todėl jie taip pat pristato specifinė šiluminė talpa

Specifinė šiluma yra medžiagos masės vieneto šiluminė talpa

Ir molinė šiluminė talpa

Molinė šiluminė talpa yra vieno molio medžiagos šiluminė talpa

Kadangi šilumos kiekis nėra būsenos funkcija ir priklauso nuo proceso, šiluminė galia priklausys ir nuo šilumos tiekimo į sistemą būdo. Norėdami tai suprasti, prisiminkime pirmąjį termodinamikos dėsnį. Lygybės padalijimas ( 2.4) vienam elementariam absoliučios temperatūros prieaugiui dT, mes gauname santykį

Antrasis terminas, kaip matėme, priklauso nuo proceso tipo. Atkreipkite dėmesį, kad bendruoju neidealios sistemos, kurios dalelių (molekulių, atomų, jonų ir kt.) sąveika negali būti ignoruojama (žr., pvz., § 2.5 toliau, kur nagrinėjamos van der Waalso dujos), vidinė energija priklauso ne tik nuo temperatūros, bet ir nuo sistemos tūrio. Tai paaiškinama tuo, kad sąveikos energija priklauso nuo atstumo tarp sąveikaujančių dalelių. Keičiantis sistemos tūriui, keičiasi ir dalelių koncentracija, atitinkamai kinta vidutinis atstumas tarp jų ir dėl to kinta sąveikos energija bei visa sistemos vidinė energija. Kitaip tariant, bendruoju neidealios sistemos atveju

Todėl bendruoju atveju pirmasis dėmuo negali būti rašomas suminės išvestinės formos forma, suminė išvestinė turi būti pakeista daline išvestine, papildomai nurodant pastovią reikšmę, kuria ji skaičiuojama. Pavyzdžiui, izochoriniam procesui:

.

Arba izobariniam procesui

Į šią išraišką įtraukta dalinė išvestinė apskaičiuojama naudojant sistemos būsenos lygtį, parašytą forma. Pavyzdžiui, ypatingu idealių dujų atveju

ši išvestinė yra lygi

.

Mes apsvarstysime du specialius atvejus, atitinkančius šilumos pridėjimo procesą:

• pastovus tūris;
• pastovus slėgis sistemoje.

Pirmuoju atveju dirbti dA = 0 ir gauname šiluminę talpą C V idealios dujos esant pastoviam tūriui:

Atsižvelgiant į aukščiau pateiktą išlygą, neidealios sistemos santykis (2.19) turi būti parašytas tokia bendra forma

Keičiama į 2.7 ir iš karto gauname:

.

Apskaičiuoti idealių dujų šiluminę galią Su p esant pastoviam slėgiui ( dp = 0) atsižvelgsime į tai, kad iš lygties ( 2.8) seka elementaraus darbo išraiška su be galo mažu temperatūros pokyčiu

Galų gale mes gauname

Padalinę šią lygtį iš medžiagos molių skaičiaus sistemoje, gauname panašų ryšį tarp molinių šiluminių pajėgumų esant pastoviam tūriui ir slėgiui, vadinamą Mayerio santykiai

Nuorodai pateikiame bendrą formulę - savavališkai sistemai, jungiančią izochorinę ir izobarinę šilumos talpą:

Iš šios formulės gaunamos išraiškos (2.20) ir (2.21), į ją pakeičiant idealių dujų vidinės energijos išraišką ir naudojant jos būsenos lygtį (žr. aukščiau):

.

Tam tikros medžiagos masės šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui yra didesnė nei šiluminė talpa esant pastoviam tūriui, nes dalis tiekiamos energijos sunaudojama darbui atlikti ir tam pačiam šildymui reikia daugiau šilumos. Atkreipkite dėmesį, kad iš (2.21) fizinė dujų konstantos reikšmė yra tokia:

Taigi šiluminė talpa, pasirodo, priklauso ne tik nuo medžiagos rūšies, bet ir nuo sąlygų, kuriomis vyksta temperatūros kitimo procesas.

Kaip matome, idealių dujų izochorinės ir izobarinės šiluminės talpos nepriklauso nuo dujų temperatūros, o tikroms medžiagoms šios šiluminės talpos taip pat priklauso, paprastai tariant, nuo pačios temperatūros. T.

Izochorinę ir izobarinę idealių dujų šiluminę talpą galima gauti tiesiogiai iš bendro apibrėžimo, jei naudosime aukščiau gautas formules ( 2.7) ir (2.10) šilumos kiekiui, kurį šių procesų metu gauna idealios dujos.

Izochoriniam procesui išraiška už C V seka iš ( 2.7):

Izobariniam procesui išraiška už S p išplaukia iš (2.10):

Dėl molinės šiluminės talpos iš to gauname tokias išraiškas

Šilumos pajėgumų santykis yra lygus adiabatiniam eksponentui:

Termodinaminiu lygmeniu neįmanoma numatyti skaitinės vertės g; mums pavyko tai padaryti tik įvertinus mikroskopines sistemos savybes (žr. (1.19) išraišką), taip pat ( 1.28) dujų mišiniui). Iš (1.19) ir (2.24) formulių pateikiamos teorinės dujų molinės šiluminės talpos ir adiabatinio eksponento prognozės.

Monatominės dujos (i=3):

Dviatominės dujos (i=5):

Poliatominės dujos (i=6):

Įvairių medžiagų eksperimentiniai duomenys pateikti 1 lentelėje.

1 lentelė

Medžiaga			g

Matyti, kad paprastas idealių dujų modelis apskritai gana gerai apibūdina tikrų dujų savybes. Atkreipkite dėmesį, kad sutapimas gautas neatsižvelgiant į dujų molekulių vibracinius laisvės laipsnius.

Taip pat pateikėme kai kurių metalų molinės šiluminės talpos vertes kambario temperatūroje. Jei įsivaizduosime metalo krištolinę gardelę kaip tvarkingą kietų rutuliukų rinkinį, sujungtą spyruoklėmis su gretimais rutuliais, tada kiekviena dalelė gali vibruoti tik trimis kryptimis ( Aš skaičiuoju = 3), ir kiekvienas toks laisvės laipsnis yra susijęs su kinetika k V T/2 ir ta pati potenciali energija. Todėl kristalo dalelė turi vidinę (vibracinę) energiją k V T. Padauginus iš Avogadro skaičiaus, gauname vieno molio vidinę energiją

iš kur gaunama molinės šiluminės talpos vertė?

(Dėl mažo kietųjų medžiagų šiluminio plėtimosi koeficiento jie neišskiriami su p Ir c v). Duotas kietųjų kūnų molinės šiluminės talpos santykis vadinamas Dulongo ir Petito dėsnis ir lentelėje parodytas geras suderinimas su apskaičiuota verte

su eksperimentu.

Kalbant apie gerą sutapimą tarp pateiktų ryšių ir eksperimentinių duomenų, reikia pažymėti, kad jis stebimas tik tam tikrame temperatūros diapazone. Kitaip tariant, sistemos šiluminė galia priklauso nuo temperatūros, o formulės (2.24) turi ribotą taikymo sritį. Pirmiausia pažiūrėkime į pav. 2.10, kuri parodo eksperimentinę šilumos talpos priklausomybę su televizoriumi vandenilio dujos nuo absoliučios temperatūros T.

Ryžiai. 2.10. Vandenilio dujų H2 molinė šiluminė talpa esant pastoviam tūriui kaip temperatūros funkcija (eksperimentiniai duomenys)

Žemiau, siekiant trumpumo, kalbame apie tam tikrų laisvės laipsnių nebuvimą molekulėse tam tikruose temperatūros diapazonuose. Dar kartą priminsime, kad mes iš tikrųjų kalbame apie tai. Dėl kvantinių priežasčių santykinis atskirų judėjimo tipų indėlis į dujų vidinę energiją tikrai priklauso nuo temperatūros ir tam tikrais temperatūrų intervalais gali būti toks mažas, kad eksperimente, kuris visada atliekamas baigtiniu tikslumu, jis nepastebimas. Eksperimento rezultatas atrodo taip, tarsi šių judėjimo tipų nėra ir nėra atitinkamų laisvės laipsnių. Laisvės laipsnių skaičių ir pobūdį lemia molekulės sandara ir mūsų erdvės trimatis – jie negali priklausyti nuo temperatūros.

Indėlis į vidinę energiją priklauso nuo temperatūros ir gali būti nedidelis.

Esant žemesnei temperatūrai 100 tūkstšiluminė talpa

o tai rodo, kad molekulėje nėra tiek sukimosi, tiek vibracijos laisvės laipsnių. Tada, kylant temperatūrai, šiluminė talpa greitai padidėja iki klasikinės vertės

būdinga dviatomei molekulei su standžiuoju ryšiu, kurioje nėra vibracinių laisvės laipsnių. Esant aukštesnei temperatūrai 2000 tūkstšilumos talpa rodo naują šuolį iki vertės

Šis rezultatas rodo vibracinių laisvės laipsnių atsiradimą. Tačiau visa tai vis tiek atrodo nepaaiškinama. Kodėl molekulė negali suktis žemoje temperatūroje? Ir kodėl molekulėje vibracijos atsiranda tik esant labai aukštai temperatūrai? Ankstesniame skyriuje buvo trumpai kokybiškai išnagrinėtos kvantinės tokio elgesio priežastys. Ir dabar mes galime tik pakartoti, kad visa tai susiję su konkrečiais kvantiniais reiškiniais, kurių negalima paaiškinti klasikinės fizikos požiūriu. Šie reiškiniai išsamiai aptariami tolesniuose kurso skyriuose.

Papildoma informacija

http://www.plib.ru/library/book/14222.html - Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics, Science, 1977 – p. 236 – kai kurių specifinių dujų molekulių vibracinių ir sukimosi laisvės laipsnių charakteringų „įjungimo“ temperatūrų lentelė;

Dabar pereikime prie Fig. 2.11, vaizduojantis trijų cheminių elementų (kristalų) molinių šiluminių pajėgumų priklausomybę nuo temperatūros. Esant aukštai temperatūrai, visos trys kreivės yra vienodos

atitinkamas Dulongo ir Petito įstatymas. Švinas (Pb) ir geležis (Fe) praktiškai turi šią ribinę šiluminės talpos vertę jau kambario temperatūroje.

Ryžiai. 2.11. Trijų cheminių elementų – švino, geležies ir anglies (deimanto) kristalų – molinės šiluminės talpos priklausomybė nuo temperatūros

Deimantui (C) ši temperatūra dar nėra pakankamai aukšta. O esant žemai temperatūrai, visos trys kreivės rodo didelį nukrypimą nuo Dulongo ir Petit dėsnio. Tai dar vienas materijos kvantinių savybių pasireiškimas. Klasikinė fizika pasirodo esanti bejėgė paaiškinti daugelį žemoje temperatūroje stebimų modelių.

Papildoma informacija

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm – J. de Boer Įvadas į molekulinę fiziką ir termodinamiką, Red. IL, 1962 – p. 106–107, I dalis, § 12 – elektronų indėlis į metalų šiluminę talpą esant temperatūrai, artimai absoliučiam nuliui;

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm – Perelman Ya.I. Ar žinai fiziką? Biblioteka „Kvantas“, 82 numeris, Mokslas, 1992 m. Puslapis 132, 137 klausimas: kurie kūnai turi didžiausią šiluminę talpą (atsakymą žr. 151 psl.);

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm – Perelman Ya.I. Ar žinai fiziką? Biblioteka „Kvantas“, 82 numeris, Mokslas, 1992 m. Puslapis 132, 135 klausimas: apie trijų būsenų vandens šildymą – kietą, skystą ir garinį (atsakymą žr. 151 psl.);

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1478.html – fizinė enciklopedija. Kalorimetrija. Aprašomi šiluminių pajėgumų matavimo metodai.

Savitoji šiluma – tai energija, reikalinga 1 gramo grynos medžiagos temperatūrai padidinti 1°. Parametras priklauso nuo jo cheminės sudėties ir agregacijos būsenos: dujinis, skystas ar kietas. Po jo atradimo prasidėjo naujas termodinamikos – mokslo apie energijos pereinamuosius procesus, susijusius su šiluma ir sistemos veikimu – raida.

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 simbolių žymenų išmanymas 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

1. Paimkite skaičiavimo formulę: šiluminė talpa = Q/(m*∆T)
2. Užsirašykite pirminius duomenis.
3. Pakeiskite juos į formulę.
4. Atlikite skaičiavimą ir gaukite rezultatą.

Pavyzdžiui, apskaičiuokime nežinomą medžiagą, sveriančią 480 gramų, 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.

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:

1. c=Q/(m*ΔTv)= 28 tūkst. J/(500 g *56ºC) = 28 tūkst. J/(28 tūkst. g*ºC) = 1 J/g*ºC.
2. 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 yra mažesnė.

Šiluminę talpą turi ne tik dujos, skysčiai ir kietosios medžiagos, bet ir maisto produktai.

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 medžiagoms, kurių savitoji šiluminė talpa.

Savitoji šiluminė talpa yra medžiagos charakteristika. Tai yra, jis skiriasi skirtingoms medžiagoms. Be to, ta pati medžiaga, tik esant skirtingoms agregacijos būsenoms, turi skirtingą savitąją šiluminę talpą. Taigi teisinga kalbėti apie specifinę medžiagos šiluminę talpą (vandens savitoji šiluminė talpa, aukso savitoji šiluminė talpa, medienos savitoji šiluminė talpa ir kt.).

Konkrečios medžiagos savitoji šiluminė talpa parodo, kiek šilumos (Q) jai turi būti perduota, kad 1 kilogramas šios medžiagos pašildytų 1 laipsniu Celsijaus. Savitoji šiluminė talpa žymima lotyniška raide c. Tai yra, c = Q/mt. Atsižvelgiant į tai, kad t ir m yra lygūs vienetui (1 kg ir 1 °C), tai savitoji šiluminė talpa skaitine prasme yra lygi šilumos kiekiui.

Tačiau šilumos ir savitosios šiluminės talpos matavimo vienetai skiriasi. Šiluma (Q) Cu sistemoje matuojama džauliais (J). O savitoji šiluminė talpa yra džauliais, padalyta iš kilogramo, padauginta iš Celsijaus laipsnių: J/(kg °C).

Jei medžiagos savitoji šiluminė talpa yra, pavyzdžiui, 390 J/(kg °C), tai reiškia, kad 1 kg šios medžiagos įkaitinus 1 °C, ji sugers 390 J šilumos. Arba, kitaip tariant, norint pašildyti 1 kg šios medžiagos 1 °C, jai reikia perduoti 390 J šilumos. Arba, jei 1 kg šios medžiagos atšaldoma 1 °C, tada ji išskirs 390 J šilumos.

Jeigu 1 °C įkaitinama ne 1, o 2 kg medžiagos, tai jai turi būti perduota dvigubai daugiau šilumos. Taigi aukščiau pateiktame pavyzdyje jis jau bus 780 J. Tas pats atsitiks, jei 1 kg medžiagos pašildys 2 °C.

Medžiagos savitoji šiluminė talpa nepriklauso nuo jos pradinės temperatūros. Tai yra, jei, pavyzdžiui, skysto vandens savitoji šiluminė talpa yra 4200 J/(kg °C), tai pašildyti 1 °C net dvidešimties ar devyniasdešimties laipsnių vandenį vienodai reikės 4200 J šilumos 1 kg. .

Tačiau ledo specifinė šiluminė talpa skiriasi nuo skysto vandens, beveik du kartus mažesnė. Tačiau norint jį pašildyti 1 °C, 1 kg reikės tiek pat šilumos, neatsižvelgiant į pradinę jos temperatūrą.

Savitoji šiluminė talpa taip pat nepriklauso nuo kūno, pagaminto iš tam tikros medžiagos, formos. Plieniniam strypui ir plieno lakštui, turinčiam vienodą masę, reikės vienodo šilumos kiekio, kad jie įkaistų tuo pačiu laipsnių skaičiumi. Kitas dalykas – šilumos mainai su aplinka turėtų būti nepaisomi. Lakšto paviršiaus plotas didesnis nei juostos, o tai reiškia, kad lakštas išskiria daugiau šilumos ir todėl greičiau atvės. Tačiau idealiomis sąlygomis (kai šilumos nuostolių galima nepaisyti) kūno forma neturi reikšmės. Todėl jie sako, kad specifinė šiluminė talpa yra medžiagos, bet ne kūno charakteristika.

Taigi skirtingų medžiagų savitoji šiluminė talpa skiriasi. Tai reiškia, kad jei skirtingos medžiagos pateikiamos vienoda masė ir ta pačia temperatūra, tai norint jas pašildyti iki skirtingos temperatūros, joms turi būti perduodami skirtingi šilumos kiekiai. Pavyzdžiui, kilogramui vario reikės maždaug 10 kartų mažiau šilumos nei vandens. Tai yra, vario savitoji šiluminė talpa yra maždaug 10 kartų mažesnė nei vandens. Galima sakyti, kad „varyje dedama mažiau šilumos“.

Šilumos kiekis, kuris turi būti perduotas kūnui, kad jis sušiltų iš vienos temperatūros į kitą, randamas pagal šią formulę:

Q = cm(t k – t n)

Čia tk ir tn – galutinė ir pradinė temperatūra, m – medžiagos masė, c – jos savitoji šiluminė talpa. Savitoji šiluminė talpa dažniausiai paimama iš lentelių. Pagal šią formulę galima išreikšti savitąją šiluminę talpą.